UV-stråling og planter
Ultrafiolett stråling (UV) er den delen av det elektromagnetiske spektrum som har bølgelengde fra 100-400 nm. Ultrafiolett stråling kan deles inn i vakuum UV (100-200 nm), fjernt UV (200-300 nm) og nært UV (300-400 nm). En annen mye brukt inndeling er:
- UV A : 320 - 390 nm
- UV B : 280 - 320 nm
- UV C : 200 - 280 nm
Ozonlaget i stratosfæren er et effektivt UV-filter som absorberer omtrent all stråling med bølglengde kortere enn 280 nm. Stoffer som bryter ned stratosfæreozon vil gi økt mengde UV-stråling på jorda. Som all annen stråling kan UV spres av molekyler i atmosfæren, reflekteres fra overflater og absorberes. Intensiteten av UV øker med høyden over havet. UV- stråling kan også trenge ned i vann. Proteiner absorberer UV, topp ved 280 nm, og nukleinsyrer absorberer maksimalt med UV ved 260 nm. På landplantene danner epidermis og kutikula en effektiv barriere mot UV-lys, slik at UV med bølgelengder kortere enn 300 nm absorberes fullstendig. UV B aktiverer biosyntese av flavonoider og fenoler i epidermis på plantene. Den kjemiske sammensetning av kutikula og vokslag endres. Flavonoidene samles i vakuolene i epidermisceller og hindrer at stråling med kortere bølgelengde enn 400 nm trenger lenger inn i planten. I praksis betyr dette at det er bare synlig lys som kommer fram til kloroplastene i bladcellene hos UV-tolerante planter (figur). UV-tolerante planter har i tillegg et aktivt antioksidantforsvar. Laboratoriforsøk har vist at fotosyntese og produktivitet hos diatoméer, dinoflagellater og annet fytoplankton minsker ved UV-stråling. Algene i vann kan miste evnen til å bevege seg i vannmassene og kan derved bli utsatt for skadelig UV. UV vil kunne absorberes av humusstoffer i vann som kan gi opphav til reaktive stoffer. Hos UV- følsomme planter kan UV gi flere typer skader:
- 1) Inaktivering og skader i fotosystemene i fotosyntesen.
- 2) Dannelse av thymindimere (syklobutyl-pyrimidin-dimere og pyrimidin(6-4)pyrimidinon) og andre UV-produkter.
Planter bl.a. i skjermplantefamilien inneholder furanokoumariner. Når furanokoumariner bestråles med UV vil de bindes til til cytosin og thymin inne i DNA-heliksen og danne kryssbindinger. I tillegg kan det skje fotodynamisk produksjon av singlett oksygen. UV-lys brukes til å drepe bakterier i rom som skal være sterile.
Reparasjons av UV-skader
Blått lys og UV-A deltar i reparasjon av UV-skader på DNA ved hjelp av et fotoreaktiveringsenzym. Enzymet er en fotolyase som absorberer blått lys og omdanner syklobutandimere til frie pyrimidin molekyler. DNA kan også repareres på to andre måter:
1) Baseutkuttingsreparasjon. En skadet base fjernes av en DNA glykosylase. En endonuklease kjenner igjen skadestedet, og lager et kapp i DNA-tråden. En deoksyribose fosfodiesterase fjerner gjenværende sukker. Deretter blir riktig base satt inn av DNA polymerase, og skjøtingen skjer med en ligase.
2) Nuklelotidutkuttingsreparasjon hvor et område med lengde opptil 30 baser som inneholder skadet DNA blir fjernet av et DNA-replikasjonsenzymkompleks, og blir erstattet med korrekt sekvens. Skadet område gjenkjennes av en endonuklease og blir kuttet ut. Helikase tvinner ut tråden ved skadestedet og ny DNA-sekvens settes inn av DNA polymerase og ligase limer skjøtene.