BÖLÜM 2

BİTKİLERDE OKSİDATİF STRES

8

2. 1. Aktif Oksijen Türlerinin Oluşumu ve Antioksidant Sistem

Atomik oksijen yer kabuğunda en yaygın olarak bulunan elementtir. Atmosfer ve suyun

yapısında bulunan moleküler oksijen ise tüm aerobik yaşam formlarının varlığı için gereklidir.

Yeryüzünün mevcut oksijen rezervi, oksijenin suyun yapısından serbest hale geçmesini

sağlayan fotosentez olayı ile sağlanmıştır. Atmosferdeki oksijen miktarı fotosentez ve

oksijenli solunum olayları sayesinde hemen hemen sabit tutulur. Bunun dışında oksijen

atomları enzimatik olmayan olaylar dışında, oksigenazlar gibi enzimler yardımıyla çeşitli

organik bileşiklerin yapısına girebilir. Oksijenin ortamdaki konsantrasyonunun belirli bir

seviyenin üzerine çıkması, aerobik organizmalar için bile tehlikeli olabilir. Atmosferik oksijen

miktarının üzerindeki değerler, canlı sistemlerdeki bazı enzimlerin inaktif hale gelmesine

veya inhibisyonuna yol açabilir. Bunun dışında oksijen miktarının artması, fotosentetik

verimliliğinin azalmasına neden olur. Çünkü bu koşullarda ribuloz -1,5- bisfosfat

karboksilaz/oksigenaz enzimi C3 yolu yerine fotorespirasyon olayının hızlanmasını sağlar.

Diğer aerobik organizmalar gibi bitkiler de etkili bir şekilde enerji üretebilmek için oksijene

ihtiyaç duyarlar. Ancak oksijenin varlığı hücresel yapıların ve reaksiyonların sürekli oksidatif

bir tehdit altında olmasına da yol açmaktadır (Alscher et al., 1997). Bitki hücrelerinde

oksijenin suya tam olarak indirgenmesi, gerekli enerjinin açığa çıkmasını sağlarken; oksijenin

tam olarak indirgenememesi ise oldukça reaktif olan ve DNA, proteinler ve lipidler gibi

birçok makromoleküle zarar veren aktif oksijen türlerinin (AOT) oluşumuna neden

olmaktadır (Dat et al., 2000). Kloroplast ve mitokondrilerdeki redoks reaksiyonları sırasında,

bazı stres faktörleri nedeniyle elektronların asıl alıcı molekül yerine moleküler oksijene (O2)

verilmesi sonucu AOT’ler oluşmaya baslar. Ağır metaller, kuraklık, yüksek ve düşük sıcaklık,

mekanik yaralanma, UV ışık, fotoinhibisyona yol açan yüksek ışık yoğunluğu, patojen

infeksiyonu ve hava kirliliği gibi stres faktörlerinin de AOT oluşumuna neden olduğu

bilinmektedir (Bray et al., 2000; Öncel ve ark., 2000).

Oksijenin aktivasyonu kimyasal ve fiziksel mekanizmalarla gerçekleşebilir. Kimyasal

aktivasyon mekanizmasında oksijenin dışarıdan elektron alması söz konusudur. Oksijen temel

durumunda iken (O2, moleküler oksijen, atmosferik oksijen), sahip olduğu paylaşılmamış iki

elektronunun paralel spinli olmasından dolayı çok fazla reaktif değildir. Bu nedenle

paylaşılmamış elektronları ters spinli olan (antiparalel) bir molekülden, bir elektron çifti

alamaz. Çünkü Pauli prensibine göre, ancak ters spinli olan elektronlar bir elektron çifti

oluşturabilirler. Bir elektronun spinini ters çevirmek için gereken zaman fazla olduğu için

9

oksijen, başka moleküllere elektron vermek yerine kendisi elektron alma eğilimindedir. Bu

durumda moleküler oksijenin indirgenmesi, birbirini takip eden, her basamakta tek bir

elektronun oksijen tarafından alınmasını ve farklı AOT’lerin oluşumunu sağlayan dört

aşamadan ibarettir. Bu olaya “monovalent redüksiyon” adı verilir (Salin, 1987; Dat et al.,

2000; Edrewa, 2005). Monovalent oksijen redüksiyonu yoluyla oluşan çeşitli AOT’ler şekil 2.

1’de görülmektedir. Bu reaksiyon zincirinin ilk basamağı enerji gerektirmektedir. Ancak diğer

basamakları ekzotermik özelliğe sahiptir ve bu nedenle kendiliğinden veya kataliz yoluyla

gerçekleşebilmektedir (Vranova et al., 2003). Süperoksit radikali orta derecede reaktif bir

moleküldür. Dokulardaki yarı ömrü yaklaşık olara 2-4 μs’dir. Biyolojik membranları geçemez

ve hızla hidrojen perokside dönüştürülür (dismutasyon). Hem oksidasyon hem de redüksiyon

yeteneğine sahip olan süperoksit radikali bazen kendiliğinden de hidrojen perokside

dönüştürülebilir. Bir serbest radikal olmayan hidrojen peroksit de süperoksit radikali gibi orta

derecede reaktiviteye sahiptir. Ancak farklı olarak hem dokulardaki yarı ömrü daha uzundur

(yaklasık 1 ms) hem de oluştuğu yerden belli bir mesafeyi difüzyonla kat edebilmektedir

(Vranova et al., 2003). Hidrojen peroksit demir, bakır ve mangan gibi geçiş metallerinin

katalizörlüğünde “Haber-Weiss” veya “Fenton” reaksiyonu yoluyla oldukça reaktif olan

hidroksil radikalini oluşturabilir. Hem süperoksit radikalinin hem de hidrojen peroksidin canlı

hücreler için oluşturduğu asıl tehdit budur. Canlı sistemlerde hidroksil radikalini etkisiz hale

getirebilen herhangi bir enzimatik mekanizma bulunmadığı için bu molekülün dokulardaki

aşırı birikimi hücre ölümüne neden olmaktadır (Vranova et al., 2003).

Şekil 2. 1. Monovalent oksijen redüksiyonu ve oluşan AOT’ler (Edrewa, 2005).

Yukarıda bahsedilen farklı AOT’ler bitki hücrelerine farkı yollarla zarar verebilirler. Bu

mekanizmalar arasında bazı duyarlı enzimlerin inaktivasyonu, klorofil pigmentinin

parçalaması ve lipid peroksidasyonu sayılabilir. Lipid peroksidasyonu olayında bazı AOT’ler

ile hücresel membranların yapısında bulunan doymamış yağ asitleri arasında meydana gelen

etkileşimler sonucu lipid hidroperoksitleri oluşur. Ayrıca oramda bazı metal iyonlarının

10

bulunması alkoksil ve peroksil radikallerinin oluşumuna da yol açabilir. Sonuçta lipid

yapısında meydana gelen değişimler, membranların organizasyonunu, bütünlüğünü ve

geçirgenliğini de bozabilir. Ayrıca özelikle hidroksil radikali ile DNA arasında meydana

gelen reaksiyonlar, DNA molekülündeki baz sırasının değişmesine, zincir kırılmalarına ve bu

hasarların onarılma olasılığının azalmasına da neden olur. Proteinlerle süperoksid radikali

arasındaki etkileşimler de proteinlerin amino asit kompozisyonunda değişimlere, polipeptid

fragmentasyonuna, protein denatürasyonuna ve proteinlerin proteolizis olayına

duyarlılıklarının artmasına yol açar.

Oksijenin fiziksel aktivasyonu, klorofil molekülünün uyarılması (eksitasyonu) aracılığıyla

ışığa bağımlı reaksiyonlarla da sağlanabilmektedir (Hippeli et al., 1999). Bu reaksiyonda ışık

enerjisinin absorblanması ile klorofil molekülündeki bir elektron temel durumundan (Klo,

So), yüksek enerjili bir duruma (Klo*, S2) fırlatılmaktadır. Klorofil molekülü çok kısa bir süre

içerisinde bu elektronunun enerjisinin bir kısmını kaybederek daha düşük enerjili bir duruma

(S1) ve daha sonra yine enerji kaybı ile triplet (T*) duruma geçmektedir. S1 durumundan

triplet durumuna dönüşüm sırasında, klorofil molekülünün uyarılmış elektronunun spini de

değişmektedir. Enerjinin triplet klorofil molekülünden temel durumdaki oksijene transferi ile

klorofil molekülü temel durumuna dönerken; bu kez de temel durumdaki oksijenin

elektronlarından birinin spini değişmekte ve sonuçta 1O2 (singlet oksijen) oluşmaktadır

(Niyogi, 1999). Şekil 2. 2’de singlet oksijenin oluşum mekanizması görülmektedir.

2. 2. Bitki Hücrelerindeki AOT Kaynakları

2. 2. 1. Kloroplastlar

Bitki hücrelerinde AOT oluşturma yeteneğine sahip birçok bölge bulunmaktadır. Ancak

kloroplastların bitki hücrelerindeki AOT’lerin en büyük kaynağı olduğu kabul edilmektedir.

Kloroplastlardaki fotosistem I ve II’nin ışık toplayıcı sistemleri tarafından absorblanan ışık

enerjisi, elektron taşınım reaksiyonları vasıtasıyla NADP+ molekülüne ulaştırılmakta ve

böylece oluşturulan NADPH karbon fiksasyon reaksiyonlarında kullanılmaktadır (Malkin and

Niyogi, 2000). Tuz stresi, kuraklık, ozon, yüksek ve düşük sıcaklıklar gibi karbon fiksasyon

reaksiyonlarını kısıtlayan koşullarda NADP+ molekülünün rejenerasyonu da kısıtlanır ve

fotosentetik elektron taşınım reaksiyonları sonunda elektronlar ferrodoksin aracılığı ile

11

NADP+ yerine oksijene verilir. Bu reaksiyon “Mehler reaksiyonu” olarak bilinir ve süperoksit

radikalinin oluşumuna yol açmaktadır (Malkin and Niyogi, 2000) (Şekil 2. 3).

Şekil 2. 2. Moleküler oksijen (O2) ile triplet klorofilin (T*) etkileşimi sonucu singlet oksijenin (1O2)

oluşumu (Edrewa 2005’den değiştirilerek alınmıştır).

Şekil 2. 3. Fotosentetik elektron taşınımı sonucu süperoksit radikalinin oluşumu.

e-

O2 + e- O2

.-

12

2. 2. 2. Peroksizomlar

Bitki hücrelerindeki AOT’lerin diğer bir kaynağının da fotorespirasyon olduğu bilinmektedir

(Kozaki and Takeba, 1996). Aslında fotorespirasyon olayı bazı araştırıcılar tarafından faydalı

bir metabolik olay olarak değerlendirilmektedir. Buna göre ribuloz-1,5-bisfosfat

karboksilaz/oksigenaz enziminin oksigenaz aktivitesi ile kloroplastlarda oluşturulan 2-

fosfoglikolat, sırasıyla peroksizom ve mitokondrilerde metabolize edildikten sonra yine

kloroplastlarda 3-fosfogliserik aside dönüşmekte ve bu şekilde hem C3 döngüsünün aktivitesi

hem de NADP+ rejenerasyonu süreklilik kazanmaktadır (Kozaki and Takeba, 1996; Siedow

and Day, 2000). Buna rağmen fotorespirasyonun peroksizomlarda gerçekleşen ve glikolatın

glioksilata dönüşümünü sağlayan reaksiyon sırasında H2O2 üretimi meydana gelmektedir

(Siedow and Day, 2000) (Şekil 2. 4).

Şekil 2. 4. Fotorespirasyon olayı sırasında H2O2’nin oluşumu.

13

Ayrıca yine peroksizomlarda yağ asitlerinin β- oksidasyonu sırasında da H2O2 oluşumu söz

konusudur (Somerville et al., 2000). Peroksizomlardaki pürin metabolizması sırasında ise,

ksantinin ürik aside dönüştüğü reaksiyonda süperoksit radikali oluşmaktadır (del Rio et al.,

1998).

2. 2. 3. Mitokondriler

Bunun dışında hücrelerde büyüme ve enerji gerektiren diğer olayların stres etkisiyle

yavaşlaması veya durması halinde de, mitokondrilerdeki elektron taşınım sisteminin aşırı

indirgenmesi sonucu süperoksit radikali oluşabilmektedir (Purvis and Shewfelt, 1993).

Mitokondrilerde AOT oluşumunda rol oynayan asıl mekanizma siyanide duyarlı olmayan

alternatif oksidaz sistemidir.

2. 2. 4. Endoplazmik retikulum ve apoplast

Yine bitki hücrelerinin sitosol, endoplazmik retikulum, plazma membranı ve apoplast gibi

bölgelerinde bazı AOT’lerin oluştuğu bilinmektedir (Vranova et al., 2003). Endoplazmik

retikulumda bulunan ve mevalonik asit yolundaki hidroksilasyon rekasiyonlarını katalizleyen

sitokrom P450 gibi karışık fonksiyonlu oksigenazlar, oksijen atomlarının substratlara ilave

edilmesini sağlarlar. Bu reaksiyonlarda elektron vericisi olarak rol oynayan NAD(P)H

molekülleri süper oksid radikallerinin oluşumuna neden olabilir. Apoplastlar da bazı

AOT’lerin oluştuğu bölgeler olarak tanımlanmaktadır. Apoplast, patojen saldırıları sırasında

ilk hedef bölgedir. Bu nedenle patojenlere karşı savunma mekanizmalarının da ilk olarak aktif

hale geldiği alanlardır. Apoplastlardaki en yaygın biyosentetik mekanizma lignin

biyosentezidir. Bu reaksiyonlar sırasında fenilpropanoid öncüleri arasında hidrojen peroksit

vasıtasıyla ve peroksidaz grubu enzimlerin katalizörlüğünde çapraz bağlanmalar meydana

gelir. Bu reaksiyonlarda ihtiyaç duyulan NADH molekülleri hücre çeperindeki malat

dehidrogenaz enzimi ile oluşturulur ve muhtemelen daha sonra hidrojen peroksid oluşumunda

kullanılır. Bitki hücrelerinde AOT oluşumunun görüldüğü bölgeler ve ilgili reaksiyonlar şekil

2. 5’de verilmiştir.

14

15

2. 3. Bitkilerde antioksidant sistem

Bitkilerde, AOT’lerin toksik etkilerinden korunmak için enzimatik ve enzimatik olmayan

bileşenlerden oluşan etkili bir antioksidant savunma sistemi bulunmaktadır. Antioksidant

sistemin enzimatik bileşenleri arasında süperoksit dismutaz (SOD), askorbat peroksidaz

(APX), monodehidro askorbat redüktaz (MDHAR), dehidroaskorbat redüktaz (DHAR),

glutatyon redüktaz (GR), katalaz (CAT) ve peroksidaz grubundan olan diğer enzimler

sayılabilir. Enzimatik olmayan bileşenler ise askorbik asit, glutatyon, α-tokoferol ve

karotenoidlerdir (Dat et al., 2000; Foyer et al., 1994; Edrewa, 2005).

SOD, süperoksit radikalinin moleküler oksijen ve hidrojen perokside parçalanmasını sağlayan

reaksiyonu katalizleyen bir enzimdir (Bowler et al., 1992). SOD enzimi, süperoksidin fazla

miktarda üretildiği kloroplast, mitokondri ve sitosolde bulunur. Bunun dışında SOD’nin

peroksizomal, nuklear ve hücre dışı izoformları da belirlenmiştir (Ogawa et al., 1996). Oluşan

hidrojen peroksit, askorbat-glutatyon döngüsüne girer ve sonuçta su ve oksijene kadar

parçalanır (Sekil 2. 6). Askorbat-glutatyon döngüsünde bulunan enzimler APX, MDHAR,

DHAR ve GR’dir. Bu enzimlerden APX, indirgeyici molekül olarak askorbatı kullanarak

hidrojen peroksidi parçalarken; MDHAR ve DHAR enzimleri askorbatın rejenerasyonunu

sağlar. Askorbatın rejenerasyonunun sağlanması için görev yapan enzimlerden MDHAR

indirgeyici molekül olarak NADPH’yi, DHAR ise glutatyonu kullanmaktadır. Elektronunu

vererek oksitlenen glutatyon ise GR enziminin katalizlediği bir reaksiyonla yeniden

indirgenir. Askorbat-glutatyon döngüsü, kloroplastlarda, sitosolde, mitokondrilerde ve

peroksizomlarda bulunmaktadır (Bowler et al., 1992; Jimenez et al., 1997; Noctor and Foyer,

1998; Vranova, 2003). CAT’nin hücrelerin hidrojen peroksitten korunması konusundaki

etkinliği sınırlıdır. Feierabend and Enger (1986) ve Feierabend et al. (1992), bunun nedenini

CAT’nin büyük ölçüde peroksizomlarda bulunması, hidrojen perokside olan afinitesinin zayıf

olması ve ışık etkisiyle aktivitesini kaybetmesi gibi faktörlere bağlamışlardır (Foyer et al.,

1994). Dat et al., (2000) ise çeşitli stres faktörlerinin etkisiyle CAT proteini miktarındaki

azalmanın, translasyonun inhibisyonundan veya parçalanma hızındaki artıştan

kaynaklandığını rapor etmiştir. Ayrıca CAT aktivitesinin düşük sıcaklık stresi ve yüksek

sıcaklık şoku etkisiyle inhibe olduğu da belirlenmiştir (Dat et al., 1998; Lopez-Dalgado et al.,

1998). Bundan dolayı hidrojen peroksitin kloroplast ve diğer hücresel yapılarda

oluşturabileceği oksidatif zararlar, çok büyük ölçüde APX enzimi ile önlenmektedir (Foyer et

al., 1994).

16

Sekil 2. 6. Askorbat-glutatyon döngüsü (O2.-, süperoksit radikali; SOD, süperoksit dismutaz; H2O2,

hidrojen peroksit; APX, askorbat peroksidaz; AsA, askorbik asit; MDA, monodehidroaskorbik asit;

MDHAR, monodehidro askorbat redüktaz; DHA, dehidroaskorbik asit; DHAR, dehidroaskorbat

redüktaz; GSSG, okside glutatyon; GSH, indirgenmis glutatyon; GR, glutatyon redüktaz) (Mittler

2002’den degistirilerek alınmıstır)

AOT’lerin detoksifikasyonunu sağlayan diğer bir mekanizma da su-su döngüsüdür (Sekil 2.

7). Bu olayda iki molekül suyun fotolizi sonucu ortaya çıkan dört elektron, fotosistem II

aracılığı ile fotosistem I’e ulaştırılır. Bu elektronlardan iki tanesi, iki molekül O2’yi

indirgeyerek, iki molekül süperoksit radikalini oluşturur. Oluşan süperoksit radikalleri, SOD

ile hidrojen perokside indirgenir. Hidrojen peroksit ise APX ile suya indirgenir. Bu reaksiyon

sırasında oksitlenen askorbik asit de diğer iki elektronla yeniden indirgenir. Yani iki molekül

suyun fotolizi ile oluşan dört tane elektron, yine iki molekül suyun oluşturulmasında

kullanılmaktadır (Asada, 1999).

17

Sekil 2. 7. Su-su döngüsü (FS II, fotosistem II; FS I, fotosistem I; SOD, süperoksit dismutaz; H2O2,

hidrojen peroksit; APX, askorbat peroksidaz; MDA, monodehidro askorbik asit; AsA, askorbik asit)

(Asada, 1999).

2. 4. Bitkilerde Oksidatif Stresle Diğer Stres Tipleri Arasındaki İlişkiler

Antioksidant enzim aktivitelerinde meydana gelen değişimler, farklı bitki türlerinin biyotik ve

abiyotik stres faktörlerine karsı duyarlılık ve dayanıklılık dereceleri konusunda fikir

vermektedir (Foyer et al., 1994). Yapılan çeşitli çalışmalarda yüksek ışık yoğunluğu, kuraklık

stresi, tuz stresi, düşük ve yüksek sıcaklık stresi, ağır metal toksisitesi, UV ışık, herbisitler ve

hava kirleticileri gibi faktörlerin antioksidant enzimlerin aktivitelerinde değişikliklere yol

açtığı belirlenmiştir (Çakmak and Horst, 1991; Runeckles and Vaartnou, 1997; Giardi et al.,

1997; Dat et al., 1998; Smirnoff, 1998; Surplus et al., 1998; Savoure et al., 1999; Kingston-

Smith et al., 1999; Keleş ve Öncel, 2002; Ekmekçi ve Terzioglu, 2005). Bu yüzden stres

altındaki bitkilerde antioksidant sistemde meydana gelen değişimlerin incelenmesi önemlidir.

Birçok herbisitin bitkilerde AOT’lerin oluşumuna neden olduğu bilinmektedir. Örneğin

paraquatın elektronları PSI’den alarak ışıklı koşullarda süperoksit radikalinin oluşumuna

neden olduğu belirlenmiştir. Fungal bir toksin olan serkosporin adlı bileşik de ışıkla aktive

olarak singlet oksijeni oluşturmakta ve bu molekül de ciddi boyutlarda lipid

peroksidasyonuna neden olmaktadır. Asiflurfen gibi bazı herbisitler de klorofil

metabolizmasında rol oynayan bazı ara ürünlerin meydana gelmesine yol açar. Tetrapirol

18

yapısındaki bu ara ürünler de ışık altında singlet oksijeni meydana getirerek bitki hücrelerinin

ölümüne yol açar.

Endüstriyel faaliyetler veya tarımsal uygulamalar sonucu toprakta ve atmosferde birikim

gösteren metaller de bitkiler için zararlı olur. Bu tip metaller bitkilerde ya büyümeyi ve

biyosentetik reaksiyonları doğrudan doğruya inhibe ederek ya da AOT oluşumuna neden

olarak hasar oluştururlar. Örneğin yüksek konsantrasyonlarda bakır iyonlarına maruz kalan

bitkilerde lipid peroksidasyonu ve klorofil parçalanması gözlenmiştir. Bakır ve demir gibi

metaller aynı zamanda redoks bakımından aktif metaller olduğu için, Fenton reaksiyonunun

meydana gelmesine yol açarlar. Lipid peroksitleri de bakır elementinin lipoksigenaz enzimini

indüklemesi sonucu ortaya çıkar. Kadmiyuma maruz kalan bitkilerde de yine klorofil

miktarında azalma ve antioksidant enzimlerin inhibisyonu görülmüştür.

Ozon ve kükürt dioksit gibi atmosferik kirleticiler de bitki dokularında AOT’lerin oluşumuna

neden olmaktadır. Yapılan çalışmalar ozonun kükürt diokside göre bitkiler için daha büyük

tehlike olduğunu göstermiştir. Ozonun yüksek oksitleme potansiyeli ve bunun sonucunda

AOT’lerin oluşması bunun en büyük nedenidir. Ozona maruz kalan bitkilerde lipid

peroksidasyonu, klorofil parçalanması, PSII’deki D1 proteininin parçalanması ve RuBisCo

miktarında ve aktivitesinde azalmalar görülmüştür.

Güneşten çıkan UV-B ışınları (290-320 nm), stratosferdeki ozon tabakasının azalması sonucu

yer yüzüne kadar ulaşır. UV-B ışınlarının PSII’de neden olduğu hasarların sebepleri arasında

elektron taşınımının yavaşlaması ve özellikle D1 proteinindeki yapısal hasarlar sayılabilir.

UV-B ışınlarına maruz kalan bazı bitkilerde SOD gibi antioksidant enzimlerin

akümülasyonunun indüklendiği belirlenmiştir. İzole edilmiş tilakoid membranların UV-B ile

ışıklandırılması sonucu özellikle hidroksil radikalinin oluştuğu gözlenmiştir. UV-B ayrıca

bitkisel dokularda AOT’lerin oluşmasına neden olan bazı reaksiyonları başlatabilme

yeteneğine de sahiptir.

Tuz stresi de kloroplast ve mitokondrilerdeki önemli metabolik olayları etkilemektedir.

Yaprak mitokondri ve peroksizomları ile yapılan çalışmalar tuz stresinin hem süperoksit

radikali oluşumunu hızlandırdığını hem de MnSOD miktarını azalttığını göstermiştir. Tuz

stresine dayanıklı olan bitki genotiplerinde APX ve Cu/ZnSOD enzimlerinin aktiviteleri ile

19

askorbat miktarının arttığı, duyarlı bitkilerde ise antioksidant enzim aktivitelerinde herhangi

bir değişim olmaksızın H2O2 ve lipid peroksidasyonunun arttığı belirlenmiştir.

Kuraklık stresine maruz kalan bitkilerde absisik asit sinyali ile stomalar kapanır ve aşırı

derecede indirgenen fotosentetik aygıt oksidatif strese maruz kalabilir. Yapılan araştırmalar

kuraklığa maruz kalan bitkilerde protein sentezinin inhibe edildiği, kloroplastta bulunan

birçok enzimin inaktif hale geldiği, elektron taşınımının yavaşladığı, membran geçirgenliğinin

azaldığı ve özellikle H2O2’yi parçalayan enzimlerin aktivitesinin arttığı belirlenmiştir.

Düşük sıcaklıklarla yüksek ışık yoğunluğu bitkilerde fotooksidatif strese neden olur. Bu

olayın temelinde fotoinhibisyon olarak bilinen olay yatmaktadır. Fotoinhibisyon, fotosentezin

ışığa bağımlı reaksiyonlarının yine ışık etkisiyle inhibe olmasıdır. Fotoinhibisyon doğal bir

olaydır ve absorblanan ışık enerjisi miktarının, bu enerjinin fotosentetik elektron taşınım

reaksiyonlarındaki kullanım hızından daha fazla olması durumunda ortaya çıkmaktadır

(Savitch et al., 2000). Bu durumda fotosistem II’nin aşırı derecede indirgenmesi söz

konusudur (Aro et al., 1993; Long et al., 1994; Vasilikiotis and Melis, 1994). Fotoinhibisyon

olayı çok farklı çevresel stres faktörlerinin etkisiyle veya ortamın ışık şiddetinin aniden

artmasıyla meydana gelebilmektedir (Demmig-Adams et al., 2004). Soğuk ve ılıman bölge

bitkileri açık havalarda sıklıkla düşük sıcaklıklara maruz kalırlar ve bu koşullar

fotoinhibisyonun şiddetini artırır (Krause, 1994). Düşük sıcaklıkların fotosentez olayının

fotoinhibisyona karsı duyarlılığını artırdığı ve sonuçta düşük ışık yoğunluklarında bile

fotoinhibisyonun indüklenebileceği rapor edilmiştir (Xu et al., 1999). Birçok bitkide

fotosistem II’nin fotoinhibisyona, fotosistem I’e göre daha duyarlı olduğu bildirilmiştir

(Sonoike, 1996; Terashima et al., 1998; Ivanov et al., 1998). Fotosistem II reaksiyon

merkezlerinin ışık etkisiyle zarara uğrama hızı onarım hızını aştığı zaman geri dönüşümü

olmayan veya kronik fotoinhibisyon söz konusudur (Baroli and Melis, 1996; Melis, 1999). Bu

onarım mekanizması, zarar gören D1 polipeptidlerinin proteolitik olarak fotosistem II’nin

yapısından uzaklastırılması ve yeni sentezlenen D1 polipeptidlerinin fotosistem II yapısına

ilavesinden ibarettir (Savitch et al., 2000). Geri dönüşümlü fotoinhibisyonda ise, enerjinin

tüketim kapasitesi ile fotosistem II aktivitesi arasındaki dengenin korunması amacıyla,

fotosistem II’nin aktivitesinin azalması söz konusudur. Bu yüzden geri dönüşümlü

fotoinhibisyon, koruyucu bir mekanizma olarak kabul edilmektedir (Öqüist et al., 1992;

Osmond, 1994; Adams et al., 1995a, b).

20

Singlet oksijen, hidrojen peroksit, süperoksit ve hidroksil radikalleri gibi AOT’lerin

oluşumunun, metabolik olaylar üzerinde zararlı etkilere sahip olduğu bilinmektedir. Ancak

Asada (1993), bu moleküllerin normal hücresel reaksiyonlar sonucunda da oluştuğunu rapor

etmiştir (Foyer et al., 1994). Edrewa (2005) ise AOT’lerin düşük konsantrasyonlarda hücresel

fonksiyonların yerine getirilebilmesi için oldukça önemli olduğunu belirtmiştir. Bunun

dışında AOT’lerin bitkilerde patojen infeksiyonlarından korunma ve sinyal iletiminde de

önemli roller oynadığı belirlenmiştir (Grant and Loake, 2000; Van Breusegem et al., 2001;

Neill et al., 2002). Normal koşullardaki bir bitki hücresinde metabolik reaksiyonlar sırasında

AOT’lerin oluşumu ile parçalanması olayları kontrol altında tutulmaktadır. Oksijen toksisitesi

ise kontrol edilemeyen aşırı üretim veya savunma mekanizmalarının yetersizliği sonucu

oluşmaktadır (Edrewa, 2005).