Kriptokrom Nedir? Biyolojik Saatimizi Etkileyen Biyolojik Pusulalar Nasıl Çalışıyor?

Göçmen kuşlar mevsimsel, hormonal vb. değişikliklerle göç zamanına karar veriyorlar. Peki kıtalar arası, çok uzak mesafeler söz konusu olduğunda yönlerini nasıl buluyorlar?

Mesafe uzun olunca yapılacak birkaç açılık yön hatası sizi gideceğiniz noktadan çok uzaklara atabilir. Bunu otobanda yüksek hızda araba sürerken direksiyonda yapacağınız ufacık bir değişikliğin sizi şeritten çıkarmaya yetmesine benzetebilirsiniz. Bu alanda uzun zamandır yapılan çalışmalar sonucu araştırmacılar yalnızca kuşlarda değil insanlar dahil birçok hayvan, bitki ve hatta bakteride mevcut olduğu gösterilen ve "kriptokrom" (İng: "chryptochrome") denilen bir proteinin bu olaydan sorumlu olduğunu gösterdiler.

Retina duvarında bulunan bu proteinler sayesinde kuşların dünyanın manyetik alanını fiziksel olarak “gördükleri” iddia ediliyor. Üstelik bu proteinlerin marifeti yalnız manyetik alan algısıyla sınırlı değil. Prof. Dr. Aziz Sancar’ın da ekibiyle birlikte uzun zamandır üzerinde çalıştığı, hatta “Nobel’i diğer çalışmamdan bekliyordum.” dediği çalışma da CRY genleri (CRY1, CRY2), yani kriptokromlar ve DNA hasarı ile ilgili. Keza bu proteinler yalnız yön bulmada değil, hayvanlarda ve bitkilerde ışığı algılama (özellikle mavi ışık) ve sirkadyen ritm dediğimiz gece-gündüz algısı ve adaptasyonunda işlev görüyor. Darwin’in 1881 yılında yayınladığı “Power of Movement in Plants” (Bitkilerde Hareketin Gücü) adlı bitki büyümesi ve yönelimi üzerinde fikir yürüttüğü çalışması da ancak günümüzde kriptokromlar sayesinde açıklığa kavuşmaya başlamıştır. Gelin bu proteinlere biraz yakından bakalım.

Kriptokrom Nedir?

Kriptokromlar, flavoproteinler dediğimiz bir protein ailesine mensup. Bu proteinler, merkezinde bir nükleik asit türevi barındırırlar: FAD’lar (flavin adenin dinükleotit).

FAD, indirgeme-yükseltgeme reaksiyonları (redoks) dediğimiz olaylarla elektron alışverişi yapmayı sağlayan bir molekül. Sizi detaylara boğmak istemeyiz; ancak merkezdeki bu molekülün mavi ışığa ve ortamdaki koşullara bağlı olarak çevresindeki aminoasitlerle -özellikle triptofan ile- H⁺ alışverişi yapmasının, kriptokromu son derece aktif kıldığını söyleyebiliriz. Bildiğimiz gibi retinada görmeden sorumlu farklı şekil ve işlevde hücre var. Kriptokromların özellikle ışığı beyne ileten fotoreseptör nöronlarda ve retinada ışığa son derece duyarlı çomak hücrelerde bulunduğu düşünülmekte.

Yukarıda bahsettiğimiz, proteinin yük dağılımını sürekli değiştirecek kimyasal olaylar, molekülün üç boyutlu yapısında değişikliklere neden oluyor. İşte manyetik alanların da molekülün işlevinde değişikliğe sebep olduğu ve bu sayede kuşların retinasında ışıkla birlikte Dünya’nın manyetik alanlarının da fiziksel olarak görülebildiği düşünülmekte.

Son zamanlarda yapılan çalışmalar bu hipotezi doğrular yönde. Kriptokrom genlerinin evrim ağacının ilk dallarından itibaren son derece korunmuş olduğu görülüyor. Bazı bakteriler, bal arıları, mevye sinekleri, ıstakozlar, yarasalar, kaplumbağalar, somon balıkları, göçmen kuşlar ve insanlar kriptokromların olduğu bilinen türler.

İnsanlar Manyetik Alanları Görebilir mi?

Burada hemen akla insanların manyetik alanları görüp göremedikleri sorusu geliyor elbette. İnsanda CRY2 kriptokrom geninin son derece aktif olduğu biliniyor ancak güncel görüş, molekülün manyetik alan algısından çok, biyolojik ritmimizi ayarlayan sirkadyen döngümüzde işlev gördüğü yönünde. Manyetizmaya cevap verdiği bilinen meyve sineklerinin CRY genlerinin inaktif hale getirilip insan CRY2 genleri ile değiştirildiği bir çalışmada, insan CRY2 genleri sayesinde sineklerin manyetizmaya cevap verdikleri gösterildi.

Peki bizler manyetizmayı neden algılayamıyoruz? Araştırmacıların bu soru hakkındaki görüşü yine kimyada gizli. FAD’ın indüksiyon-redüksiyon reaksiyonlarında önemli yer tutan süperoksit (O^2-) radikali, pH dengesizliği yarattığından hücre için tehlikeli. Neyse ki bu reaksiyonlar için gerekli süperoksit radikali, son derece eser miktarda ve örneğin kuşlar bu miktarı tolere edebiliyorlar.

İnsanlarda ise antioksidanlar dediğimiz, okside molekülleri nötralize eden enzimler, son derece aktif durumda. İnsanlardaki bu fazla antioksidan aktivitesinin, manyetizma algısı yaratacak reaksiyonları engellediği düşünülüyor. Belki de bu durum bize evrimsel süreçte uzun ömür sağlamaya yaramıştır. İnsanlardaki biyolojik ritmin moleküler mekanizmalarının aydınlatılmaya çalışıldığı araştırmalar kanser dahil birçok alanda açılım yapacak gibi görünüyor.

Ayrıca insanların manyetik alanı algılayabildiğine gösteren bir diğer çalışmayı buradaki yazımızdan okuyabilirsiniz.