Het onthullen van de circadiane klok: hoe planten de dag bepalen!

Het onthullen van de circadiane klok: hoe planten de dag bepalen!

Onlangs is een internationaal onderzoek gepubliceerd naar de werking van lichtgevoelige eiwitten, bekend als cryptochromen. Het onderzoek werd geleid door professor dr. Lars-Oliver Essen van de Philipps Universiteit van Marburg. De National Taiwan University (NTU) en andere internationale wetenschappers waren actief betrokken bij het onderzoek. Het doel van het uitgebreide onderzoekswerk is om het begrip van het dag-nachtritme en de biologische klok bij levende wezens te vergroten.

De resultaten laten zien dat cryptochromen een sleutelrol spelen bij het reguleren van circadiane ritmes en lichtafhankelijke processen in planten, dieren en andere organismen. Luidruchtig uni-marburg.de Licht wordt omgezet in chemische signalen, wat cruciaal is voor de interne klok van veel levende wezens. Deze omzetting vindt plaats door middel van complexe lichtreacties.

Mechanismen van lichtperceptie

Het onderzoek onthulde de reeks reacties die werden veroorzaakt door blootstelling aan licht. In het bijzonder werden twee centrale mechanismen geïdentificeerd: de ‘N395/FAD-schakelaar’, die de protonatieroute (TPP) activeert en het radicaalpaar stabiliseert, en de ‘D321/Y373-schakelaar’, die de helix destabiliseert en de signaaltoestand initieert. Deze processen zijn essentieel voor het beheersen van de complexe biologische ritmes die organismen nodig hebben om zich in harmonie met hun omgeving te gedragen.

Eerdere studies hebben aangetoond dat cryptochromen niet alleen bij dieren, maar ook bij planten van groot belang zijn. Deze flavinebevattende fotoreceptoren zijn structureel vergelijkbaar met fotolyasen, die door UV beschadigd DNA repareren, en worden aangetroffen in veel organismen, van archaea tot bacteriën tot planten en dieren. Hun functies variëren van het reguleren van processen zoals kieming en bloei tot aanpassing aan lichtomstandigheden, waarbij de rol van de circadiane klok wordt benadrukt.

De circadiane klok van de plant is een intern tijdwaarnemingssysteem dat fysiologische processen aanpast aan de licht-donkercyclus. Deze klok helpt planten zich voor te bereiden op regelmatige veranderingen in hun omgeving, zoals dag en nacht en seizoenen. Het beïnvloedt essentiële processen, waaronder fotosynthese en metabolisme, en wordt gesynchroniseerd door lichtsignalen die worden waargenomen door verschillende lichtreceptoren. Dankzij deze mechanismen kunnen planten hun genen reguleren op basis van het tijdstip van de dag en hun ontwikkeling aanpassen ( plantresearch.de ).

Belang van onderzoek

De resultaten van dit onderzoek hebben verstrekkende gevolgen. Ze zouden kunnen verklaren hoe cryptochromen vogels in staat stellen magnetische velden te gebruiken voor navigatie en nieuwe benaderingen kunnen bieden voor de behandeling van circadiane ritme-gerelateerde ziekten. Dit omvat een groter inzicht in de werking van de circadiane klok, die niet alleen bij planten maar ook bij veel levende organismen een centrale rol speelt.

Het onderzoek werd gedeeltelijk ondersteund door de Duitse Onderzoeksstichting (DFG) en financieringsorganisaties uit Taiwan, Japan en de VS. State-of-the-art röntgenvrije elektronenlasers (XFEL), die slechts op een paar locaties wereldwijd beschikbaar zijn, werden gebruikt om momentopnamen met hoge resolutie te maken die cruciaal waren voor het onderzoek. Dit benadrukt hoe innovatieve technologieën de wetenschappelijke vooruitgang in de studie van biologische klokken kunnen stimuleren.

Deze opmerkelijke vooruitgang in de wetenschap werd gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances en is verkrijgbaar bij DOI 10.1126/sciadv.adu7247 worden opgehaald.