Photorezeptoren und pflanzliche Reaktionen auf Licht

Wenn ein Samen aufkeimt, dehnen sich die Wurzeln in den Boden aus und die Sprossen hin zum Licht. Pflanzen modifizieren auch ihr Wachstum, um die Aussetzung gegenüber Licht zu maximieren. Wie fühlen Pflanzen die Richtung und Qualität des Lichts? Lichtempfindliche Rezeptoren, die auch als Fotorezeptoren bezeichnet werden, vermitteln die Reaktion einer Pflanze auf das Licht. Fotorezeptoren enthalten eine Proteinkomponente, die in einem lichtabsorbierenden Pigment genannt Chromophor eingebunden ist. Pflanzen können mehrere Familien und Varianten von Fotorezeptoren besitzen. Zusammen reagieren sie auf die Wellenlängen von Licht von ultravioletten bis hin zu infraroten Bereichen des Lichtspektrums. Jedes Chromophor in einem spezifischen Rezeptor absorbiert Licht auf einer bestimmten Wellenlänge, was zu einer strukturellen Änderung im Rezeptoren führt. Die Aktivierung des Fotorezeptors löst eine Kaskade von Signalen innerhalb der Pflanzenzellen aus. Dies wiederum kann zu einer Genexpression führen, die sich auf das Pflanzenwachstum und Morphologie auswirkt. Zum Beispiel alterieren Pflanzen ihr Wachstum als Reaktion auf Schatten mit Hilfe der Familie der Phytochrom-Fotorezeptoren. Jedes Phytochrom hat zwei ausgeprägte, untereinander konvertierbare Formen: die physiologisch inaktive Pr und die aktive Pfr. Pr absorbiert rotes Licht und wird schnell in die aktive Pfr-Form konvertiert. Pfr absorbiert infrarotes Licht und wird zurück in die inaktive Pr-Form konvertiert. Die aufeinanderfolgende Konvertierung von Pr und Pfr erreicht ein dynamisches Equilibrium bei Tageslicht. Höher gewachsene Pflanzen können das Rotlicht des Lichtspektrums ausfiltern, was die Pflanzen darunter mehr infrarotem Licht aussetzt als direktem Sonnenlicht. Das Phytochromsystem ermöglicht den Pflanzen, das Verhältnis von rotem bis infrarotem Licht zu fühlen und ihr Wachstum entsprechend anzupassen. Wenn das Gleichgewicht von Pfr sich nach Pr verlagert, verlängert die Pflanze sich auf der Suche nach Licht. Ein höherer Grad von Pfr veranlasst laterales Wachstum oder Verzweigung. Auf diese Weise ermöglicht das Phytochromsystem den Pflanzen, weg vom Schatten und hin zum Licht zu wachsen.