Odhalenie cirkadiánnych hodín: Ako rastliny ovládajú deň!

Odhalenie cirkadiánnych hodín: Ako rastliny ovládajú deň!

Nedávno bola publikovaná medzinárodná štúdia o fungovaní svetlocitlivých proteínov známych ako kryptochrómy. Výskum viedol profesor Dr Lars-Oliver Essen z Philipps University of Marburg. Do štúdie sa aktívne zapojila Národná taiwanská univerzita (NTU) a ďalší medzinárodní vedci. Cieľom komplexnej výskumnej práce je rozšíriť chápanie rytmu deň-noc a biologických hodín u živých bytostí.

Výsledky ukazujú, že kryptochrómy hrajú kľúčovú úlohu pri regulácii cirkadiánnych rytmov a procesov závislých od svetla v rastlinách, zvieratách a iných organizmoch. nahlas uni-marburg.de Svetlo sa premieňa na chemické signály, čo je kľúčové pre vnútorné hodiny mnohých živých bytostí. K tejto premene dochádza prostredníctvom zložitých svetelných reakcií.

Mechanizmy vnímania svetla

Štúdia odhalila postupnosť reakcií vyvolaných vystavením svetlu. Konkrétne boli identifikované dva centrálne mechanizmy: „prepínač N395/FAD“, ktorý aktivuje protonačnú cestu (TPP) a stabilizuje radikálový pár, a „prepínač D321/Y373“, ktorý destabilizuje špirálu a iniciuje stav signalizácie. Tieto procesy sú nevyhnutné na riadenie zložitých biologických rytmov, ktoré organizmy potrebujú, aby sa správali v súlade so svojím prostredím.

Predchádzajúce štúdie ukázali, že kryptochrómy majú veľký význam nielen u zvierat, ale aj u rastlín. Tieto fotoreceptory obsahujúce flavín sú štrukturálne podobné fotolyázam, ktoré opravujú DNA poškodenú UV žiarením a nachádzajú sa v mnohých organizmoch od archaea cez baktérie až po rastliny a zvieratá. Ich funkcie siahajú od regulácie procesov, ako je klíčenie a kvitnutie, až po prispôsobenie sa svetelným podmienkam, čím sa zdôrazňuje úloha cirkadiánnych hodín.

Rastlinné cirkadiánne hodiny sú vnútorným časomeračným systémom, ktorý prispôsobuje fyziologické procesy cyklu svetla a tmy. Tieto hodiny pomáhajú rastlinám pripraviť sa na pravidelné zmeny v ich prostredí, ako je deň a noc a ročné obdobia. Ovplyvňuje základné procesy vrátane fotosyntézy a metabolizmu a je synchronizovaný svetelnými signálmi vnímanými rôznymi svetelnými receptormi. Tieto mechanizmy umožňujú rastlinám regulovať svoje gény podľa dennej doby a prispôsobiť svoj vývoj ( plantresearch.de ).

Význam výskumu

Výsledky tejto štúdie majú ďalekosiahle dôsledky. Mohli by vysvetliť, ako kryptochrómy umožňujú vtákom využívať magnetické polia na navigáciu, a ponúkajú nové prístupy k liečbe chorôb súvisiacich s cirkadiánnym rytmom. To zahŕňa lepší prehľad o fungovaní cirkadiánnych hodín, ktoré zohrávajú ústrednú úlohu nielen v rastlinách, ale aj v mnohých živých organizmoch.

Výskum čiastočne podporila Nemecká výskumná nadácia (DFG) a financujúce organizácie z Taiwanu, Japonska a USA. Najmodernejšie röntgenové lasery s voľnými elektrónmi (XFEL), dostupné len na niekoľkých miestach na celom svete, sa použili na vytvorenie snímok s vysokým rozlíšením, ktoré boli kľúčové pre vyšetrovanie. To poukazuje na to, ako môžu inovatívne technológie riadiť vedecký pokrok v štúdiu biologických hodín.

Tento pozoruhodný pokrok vo vede bol publikovaný v časopise Science Advances a je dostupný na DOI 10.1126/sciadv.adu7247 byť načítané.