Photorespiration

Die Photorespiration (auch Lichtatmung genannt) ist ein Stoffwechselprozess in Pflanzen, bei der in einer lichtabhängigen Reaktion Kohlenstoffdioxid freigesetzt und Sauerstoff verbraucht wird.

Der Ablauf des Calvin-Zyklus hat einen Haken: Die Rubisco fixiert nicht nur Kohlendioxid, sondern auch Sauerstoff, je nachdem, was gerade mengenmäßig am meisten vorliegt. Das hat zur Folge, dass gerade gebildete C3-Körper wieder „veratmet“ werden (d. h. es wird Sauerstoff verbraucht und CO₂ abgegeben, unter „Verbrauch“ des C3-Körpers). Diesen Vorgang nennt man Photorespiration.

Bei der Photorespiration wird neben einem C3-Körper (3-Phosphoglycerat) ein C2-Körper gebildet (Phosphoglycolat). Dieses muss erst aufwändig (unter Energieverbrauch) wieder zu einem C3-Körper umgebaut werden, bevor es weiter im Calvin-Zyklus verwendet werden kann. Dabei entsteht das zellgiftige Wasserstoffperoxid (H2O2), das in den Peroxisomen unschädlich gemacht wird. Dieser scheinbar unnütze Umweg hat aber einen tieferen Sinn:

• Zum einen sorgt die Photorespiration dafür, dass das durch die Rubisco entstehende Phosphoglycolat regeneriert wird und damit weiterhin als C3-Körper zur Verfügung steht.
• Zum anderen kann es bei der Photosynthese vor allem an heißen Tagen zu Problemen kommen, wenn die Photosynthese bei starker Sonneneinstrahlung auf Hochtouren läuft und die Pflanzen gleichzeitig die Stomata aufgrund von starker Verdunstung schließen. Dann herrscht CO2-Mangel, der Calvin-Zyklus kommt zum Erliegen, während die Photosynthese durch die Lichteinstrahlung weiter geht. Dadurch fehlen ADP und NADP, auf die die Energie übertragen werden kann. Die Folge ist eine Art „Stau“ der ankommenden Elektronen, durch den die Chloroplasten geschädigt werden können. Die Photorespiration greift Energie ab, indem sie ATP und NADPH verbraucht, so dass diese wieder die Energie der Lichtreaktion aufnehmen können.

Die Photorespiration hat also eine wichtige Bedeutung, weil sie die Pflanze vor Schäden schützt.