KRYPTOKROM I PLANTER

Alle organismer har behov for å kunne orientere seg i forhold til lysforholdene og det blåttlysabsorberende flavopoteinet kryptokrom er fotoreseptor  hos planter, dyr og mennesker. Blåttlysaktivert kryptokrom i planter reduserer strekning av stengel, og hemmer strekning av bladstilk. Skyggeintolerante arter har stor evne til strekning av stengel og bladstilk, og virker som skyggeunngåelse hvor alle ressursene går med til strekning mot lyset, og lite blir brukt til utvikling av sideskudd. Når skuddet når fram i lyset gir kryptokrom sammen med fytokrom signal om å redusere strekningen. Strekning av stengel blir reduserte av både blått lys via kryptokrom og rødt lys via fytokrom, og det er en interaksjoner mellom fytokrom og kryptokrom. I mørke er det rask vekst av stengel. Kryptokrom og registrering av blått lys deltar i en rekke prosesser i planter: 1) Økt vekst og utvidelse av frøbladene under frøspiring. 2) Økt produksjon av anthocyaniner. 3) Kryptokrom deltar i fotoperiodisitet og induksjon av blomstring. 4) Stiller den biologiske klokken som inngår i sirkadiske rytmer. 5) Depolariserer cellemembranen.

I en fotosyklus i kryptokrom blir inaktivt flavin (FAD- flavin-adenin-mononukleotid) omdannet til et aktivt flavin-radikal etter absorbsjon av blått lys, og det skjer en konformasjonsendring i proteinet.  FAD-radikalet kan videre bli inaktivert i form av redusert flavin (FADH) når dett absorberer grønt lys. Grønt lys gir et signal om at det vokser planter i nærheten via refleksjon fra grønt klorofyll i naboplantene.

 EVOLUSJON AV KRYPTOKROM

Kryptokrom har en lang evolusjonshistorie som startet med et blåttlysaktivert enzym, en fotolyase som reparerte skader i DNA forårsaket av ultrafiolett lys. Ved genduplisering ble det dannet to paraloger av dette fotoreaktiveringsenzymet som reparerer to forskjellige typer UV-skader. En av disse proteinene har utviklet seg til kryptokrom Fotolyase inneholder flavinet FAD (flavin adenin dinukleotid) som fotoreseptor for det blå lyset. FAD er lite effektivt til å fange opp blått lys, og etter hvert ble det selektert en mer effektiv kromofor, et flavin kalt FMN (flavin mononukleotid) og pterin. Pteriner består av en pteridin-ring som inneholder pyrimidin laget fra guanosin trifosfat (GTP) koblet til pyrazin.  Lysabsorberende pteriner finnes i bakterier, planter, sopp og dyr.  Pteriner ble først funnet i sommerfuglvinger, gresk pteron betyr vinge, og fikk derav navnet. Pteriner har mange funksjoner som pigment i organismer, og kan delta som en kofaktor i enzymer. Vitamin B9 (folat) inneholder pterin. Kryptokrom inneholder ikke fotolyase-aktivitet, men har en fotolyase-lignende homolog sekvens.

OPPDAGELSEN AV KRYPTOKROM I PLANTER

Navnet kryptokrom kommer fra gresk kryptos som betyr skjult, og chroma = farge. Eksperimenter viste at planter responderte på blått lys via en annen fotoreseptor enn klorofyll eller fytokrom. Den gangen visste man ikke hvilket protein og kromofor det dreide seg om, men det måtte enten være et flavin eller karotenoid. Det fant man ut fra tre karakteristiske topper i aksjonsspekteret som passet overens med absorbsjonsspekteret for disse kromoforene. Siden man ikke visste hvilken fotoreseptor det dreide seg om kalte man den kryptokrom. Etter hvert oppdaget man flere blåttlysreseptorer, og en type beholdt navnet kryptokrom. Planter kan inneholde tre forskjellige kryptokromer. Kryptokrom påvirker transkripsjon av gener og kan binde seg til DNA. 

KRYPTOKROM I DYR

Blåttlysabsorberende kryptokrom finnes ikke bare i planter, men også i insekter, bløtdyr, amfibier, krypdyr, fugl og pattedyr. Det er forskjellige typer kryptokromer: pattedyrtype og insekttype. Dyrelivet har tilpasset seg de sykliske svingningene i årstider, lys, mørke, temperatur, nedbør, månesyklus, og tidevann, med tilhørende sesongvariasjon i dyrenes aktivitet og reproduksjon. For eksempel vil bladlus ved korte netter og lange dager formere seg ved partogenese, men ved lange netter blir bladlusene seksuelle, legger egg og går inn i en diapause. Dyr som lever i polare nordområder med kald vinter og snø kan skifte fjærdrakt eller farge på pelsen, de kan gå inn i vintersøvn eller hibernere. Trekkfugler vender nordover om våren og om høsten sørover. Signalet dyrene mottar er endring i nattlengde (daglengde). Det er bølgelengdene tilsvarende blått lys registrert av kryptokrom som gir dyrene og oss informasjon om lysforholdene, og stiller de fotoperiodiske klokker, klokker for både døgnvariasjon og sesongvariasjon.

KRYPTOKROM - FUGLE- OG DYRETREKK

Mange organismer som fugl, laks, havskilpadder, honningbier og krypdyr kan orientere seg i et elektromagnetisk felt, og kryptokrom hjelper sannsynligvis dyr til å navigere. Trekkfugl returnerer til samme område år etter år. Ungfugl som ikke kan følge foreldrene på trekket har en indre kunnskap om retning og distanse til overvintringsstedet Det er utviklet en rekke forklaringsmodeller for dyretrekk basert på lukt, magnetisk kart, stjernekompass, polarisert lys, landemerker, eller havstrømmer for marine dyr. Gustav Kramer kunne i 1951 vise at stær har et solkompass. Fugl orienterer seg i trekkveier via en magnetittmodell hvor man mener at det er magnetiske partikler i hodet på fuglen (eller fisken) som kan registrere magnetiske feltlinjer, retningen eller helningen.  Det er kommet en modell basert på radikaler, et uparret antall elektroner, som forklarer et magnetisk kompass styrt av lys mottatt i øynene. Fugl kan bare registrere helning på feltlinjene i magnetfeltet bare hvis lys er tilstede. Lyset blir mottatt gjennom øyet på fuglen via kryptokrom plassert sammen med rhodopsin i netthinnen.  Et radikal-par er to molekyler, hver med et uparet elektron, enten som en triplett eller singlett, og produktet er spin-avhengig. Elektroner som spinner virker som små magneter. Spinner de hver sin vei oppheves magnetfeltet, men spinner de samme veiene gir de en magnetisk effekt, for eksempel paramagnetisk oksygen.  Man tenker seg flavin-radikaler sammen med aminosyren tryptofan i kryptokrom deltar i det blåttlysbaserte magnetiske fuglekompasset.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.