Kriptokromlar: Biyolojik Saatimizi Etkileyen Biyolojik Pusulalar

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

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 (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 ritim 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.

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 (bkz. Şekil). 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.

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 (O2- ) 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.

Kaynaklar ve İleri Okuma:

  • Ana Görsel Kaynağı: Pixabay
  • I. A. Solov'yov & K. Schulten. Understanding how birds navigate. (2009, Eylül 23). Alındığı Tarih: 01 Şubat 2019. Alındığı Yer: SPIE
  • E. Yong. Humans have a magnetic sensor in our eyes, but can we detect magnetic fields?. (2011, Haziran 21). Alındığı Tarih: 01 Şubat 2019. Alındığı Yer: Discover
  • C. LinEmail & T. Todo. The cryptochromes. (2005, Nisan 29). Alındığı Tarih: 01 Şubat 2019. Alındığı Yer: Genome Biology
  • Theoretical and Computational Biophysics Group. Cryptochrome and Magnetic Sensing. (2019, Şubat 01). Alındığı Tarih: 01 Şubat 2019. Alındığı Yer: University of Illinois
  • Wikipedia. Cryptochrome. (2019, Şubat 01). Alındığı Tarih: 01 Şubat 2019. Alındığı Yer: Wikipedia

Fesleğen Benim!

Kentlerde Yaşayan Kuşlar, Kırsalda Yaşayanlardan Daha Zeki!

Yazar

Seda Baykal Köse

Seda Baykal Köse

Yazar

Araştırmacı. Dokuz Eylül Üniversitesi Tıbbi Biyoloji ve Genetik bölümü Doktora mezunudur. Çalışmalarını kanser biyolojisi ve genetik hastalıklar üzerine yürütmektedir. Diğer ilgi alanları: biyokimya, evrim, sosyoloji

Katkı Sağlayanlar

Konuyla Alakalı İçerikler

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim Gönder