Hvordan planter forhindrer oxidativ stress

Planter har udviklet et sofistikeret antioxidantsystem til at forebygge og afbøde oxidativt stress. Her er nogle nøglemekanismer, hvormed planter beskytter sig selv mod oxidativ skade:

1. Enzymatiske antioxidanter: Planter producerer forskellige antioxidantenzymer, der direkte fjerner reaktive oxygenarter (ROS) eller deltager i deres afgiftning. Disse enzymer omfatter:

- Superoxiddismutase (SOD): SOD omdanner superoxidradikaler (O2•-) til hydrogenperoxid (H2O2) og oxygen.

- Catalase (CAT): CAT nedbryder H2O2 til vand og ilt.

- Ascorbatperoxidase (APX): APX reducerer H2O2 og lipidhydroperoxider ved at bruge ascorbat (vitamin C) som elektrondonor.

- Guaiacol peroxidase (GPX): GPX reducerer H2O2 og organiske hydroperoxider ved hjælp af reduceret glutathion (GSH) som elektrondonor.

- Glutathionreduktase (GR): GR regenererer GSH fra sin oxiderede form (GSSG) ved hjælp af NADPH som elektrondonor.

2. Ikke-enzymatiske antioxidanter: Planter akkumulerer også en række ikke-enzymatiske antioxidanter, der reagerer direkte med og neutraliserer ROS. Disse omfatter:

- Carotenoider: Carotenoider er fotosyntetiske pigmenter, der fjerner singlet oxygen (1O2) og andre ROS.

- Ascorbat (C-vitamin): Ascorbat er en vandopløselig antioxidant, der reducerer H2O2, lipidhydroperoxider og andre ROS.

- Glutathion (GSH): GSH er et tripeptid, der deltager i forskellige afgiftningsreaktioner og direkte fjerner ROS.

- Flavonoider: Flavonoider er plantepigmenter, der fjerner ROS og stabiliserer cellulære membraner.

- Tocopheroler (vitamin E): Tocopheroler er lipidopløselige antioxidanter, der beskytter cellulære membraner mod lipidperoxidation.

3. ROS-fjernende metabolitter: Visse plantemetabolitter kan direkte fjerne ROS eller øge enzymernes antioxidantaktivitet. Disse omfatter:

- Polyaminer: Polyaminer, såsom putrescin, spermidin og spermin, kan opfange ROS og stabilisere membraner.

- Proline: Prolin er en aminosyre, der kan fjerne ROS og beskytte proteiner og enzymer mod oxidativ skade.

- Glycinbetain: Glycinbetain er et kompatibelt opløst stof, der kan fjerne ROS og opretholde cellulær homeostase under stressforhold.

4. Membranbeskyttelse: Planter forstærker deres cellulære membraner for at forhindre lipidperoxidation og opretholde membranintegritet. Dette opnås ved at øge niveauet af membranbundne antioxidanter, såsom tocopheroler og carotenoider, og ved at forbedre reparationsmekanismerne for beskadigede membraner.

5. Stress-responsiv genekspression: Planter reagerer på oxidativ stress ved at aktivere stress-responsive gener, der koder for antioxidantenzymer, afgiftende proteiner og andre beskyttende molekyler. Denne transskriptionelle omprogrammering hjælper planter med at akklimatisere sig til og tolerere oxidative stressforhold.

6. Redox-signalering: ROS fungerer også som signalmolekyler i planter, der udløser cellulære responser og akklimatiseringsmekanismer. Lave niveauer af ROS kan inducere ekspressionen af ​​antioxidantgener og øge stresstolerancen. Imidlertid kan overdreven ROS føre til oxidativ skade og programmeret celledød.

Generelt anvender planter et mangefacetteret antioxidantsystem, der integrerer enzymatiske og ikke-enzymatiske mekanismer for at beskytte mod oxidativt stress. Dette system er afgørende for at opretholde cellulær redox-homeostase og sikre planters overlevelse og vækst under forskellige miljømæssige udfordringer.