Işık, canlı organizmaları birçok farklı şekilde etkiler. Örneğin bitkiler büyüme yönlerini güneşe doğru yönlendirirken, insanlardaki sirkadiyen ritimler gün ışığı tarafından kontrol edilir. Bu süreçler her zaman ışığın farklı renk ve yoğunluklarını algılayabilen proteinler olan fotoreseptörleri içerir.
Enzimatik Aktivitede 10.000 Kat Artış
Graz Teknoloji Üniversitesindeki (TU Graz) araştırmacılar, yüksek verimli bir fotoreseptörün işlevini deşifre ettiler. Araştırmacıların bulguları Science Advances dergisinde yayımlandı.
Araştırma ekibi, birçok bakteride bulunan bir diguanilat siklaz proteini üzerinde çalıştı. Enzimatik işlevi, bakterilerin yaşam biçimini kontrol eden merkezi bir haberci maddenin üretimini düzenler.
Karanlıkta protein neredeyse tamamen inaktiftir ancak gün ışığının mavi bileşenlerine maruz kalır kalmaz enzimatik aktivitesi hızla artar. TU Graz Biyokimya Enstitüsü Fotobiyokimya Çalışma Grubu Başkanı Andreas Winkler, “Proteinin enzimatik aktivitesi, ışığa maruz kaldığında karanlıkta olduğundan yaklaşık 10.000 kat daha yüksektir” dedi.
Çoğu fotoreseptörde aktivite 5 ila 50 arasında bir kat artışı olur ve bu da protein aktivitesinde daha kademeli değişikliklere neden olur. Winkler, “Buna karşılık, karakterize ettiğimiz protein çok güçlü tepki veriyor. Bu yüzden aslında bir açma-kapama anahtarı gibi çalışıyor” dedi. Bunun gibi etkili bir protein anahtarı gelecekte optogenetik araçları geliştirmek ve optimize etmek için kullanılabilir.
Protein Mavi Işık Altında Geriliyor
Araştırmacılar bu protein düğmesinin mimarisini ve işlevini ortaya çıkardılar. Protein iki işlevsel parçadan oluşuyor: Biri mavi ışığın algılanmasından, diğeri ise kimyasal bir reaksiyon için katalizör görevi gören enzimatik aktiviteden sorumlu.
Protein, mavi ışığa maruz kalırsa yapısını değiştirir. Aktif olmadığında, tüm protein kompakt bir formdadır ancak ışıkla temas ettiğinde, protein esneyerek daha önce ayrılmış olan enzimatik parçaları birleştirir. Daha sonra protein, bakteriye çevresel koşulların değiştiğine dair sinyal veren belirli haberci moleküller üretir. Eğer mümkünse, bakteri bu yeni koşullara adapte olur. Andreas Winkler, “Bunun bir örneği, bakterileri çevresel etkilere karşı daha dirençli hale getiren ve biyofilm olarak bilinen agregatların oluşmasıdır” dedi.
Potansiyel Medikal Uygulamalar
Çalışmanın ilk yazarı ve TU Graz Biyokimya Enstitüsünde Doktora öğrencisi olan Uršula Vide, “Araştırmamızın bu büyüleyici proteinin mekanizmasına ilişkin değerli bilgiler üretmesinden dolayı gerçekten heyecanlıyım” dedi. “Işıkla aktive olan bu enzim anahtarının arkasındaki mekanizmayı anlamak, bir dizi farklı disiplinde olası uygulamalara kapı aralıyor.”
Bunlardan biri de tıpta kullanılan optogenetik tedavi yöntemleridir. Işıkla düzenlenen bir protein anahtarına bağlı ilaçlar kesin bir zamanda ve vücudun yalnızca çok sınırlı bir bölgesinde etkili olabilir, bu da potansiyel yan etkileri azaltacaktır.
Işıkla indüklenen bir protein anahtarı, moleküler düzeyde belirli değişikliklerin hedefe yönelik olarak tetiklenmesini ve daha sonra daha etkili bir şekilde analiz edilmesini sağlayacağından, hücre biyolojisi araştırmaları için de faydalar sağlayacaktır. Winkler, “Ancak bu özel anahtarın bu tür pratik uygulamalarından hala çok uzaktayız” dedi.
Üç boyutlu model
Araştırmacılar deneyleri için proteini orijinal bakteriden izole etmemiş, bunun yerine genetik mühendisliği yardımıyla laboratuvarda üretmişlerdir. Üç boyutlu bir modelin temelini oluşturan moleküler yapıyı analiz etmek için X-ışını difraksiyonu kullandılar.
Bu deneylerle birlikte model, araştırmacıların mavi ışığa maruz kalındığında proteinin yapısında meydana gelen değişiklikler hakkında çıkarımlarda bulunmalarını sağladı ve bu da biyolojik anahtarın moleküler işlevi hakkında belirli sonuçlara dönüştü. [1]Blue light: An on-off switch for enzymes[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | Blue light: An on-off switch for enzymes |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
