Bitkiler Kafein Üretimini Farklı Yollarla Yapıyor

Evrimsel ağacın uzak dallarına ait olan bitki türlerinin kafein üretimini bağımsız biçimde geliştirdikleri biliniyordu. Western Michigan Üniversitesi bilimcilerine göre, kafein üreten bitkiler bu uyar..
Görsel Telif: Ellen Levy Finch

Evrimsel ağacın uzak dallarına ait olan bitki türlerinin kafein üretimini bağımsız biçimde geliştirdikleri biliniyordu. Western Michigan Üniversitesi bilimcilerine göre, kafein üreten bitkiler bu uyarıcıyı sentezlemek için çok sayıda farklı biyokimyasal yol izleyebiliyor. Kahve, çay, kakao, portakal ve guaraná bitkilerinin bir dizi enzim ve substrat kullanarak kafein ürettikleri, 20 Eylül tarihli PNAS dergisinde yayımlanan makale ile raporlandı.

Çalışmayı gerçekleştiren ekibin lideri Todd Barkman’a göre, dünya üzerinde bulunan yaklaşık 300.000 tür çiçekli bitkiden 30 kadarı kafein üretiyor. Barkman, bu türlerin ve molekülün gerçekleştirdiği işlevlerin (polen taşıyıcıları çekmek, zararlı böcekleri engellemek vb.) çeşitlilik gösteren yapısının, kafein üretiminin bağımsız olarak birkaç kez evrildiğine işaret ettiğini belirtiyor.

Gerçekten de araştırmalar kahve (Lat. Coffea arabica) ile çayın (Lat. Camellia sinensis), kafeini farklı enzimlerle ürettiğini gösteriyor: Kahve ksantin metiltransferaz (İng. xanthine methyltransferases – XMT) kullanırken, çay kafein sintaz (İng. caffeine synthases – CS) kullanıyor. Dahası kahve (Lat. Coffea canephora) genomunun, kakao (Lat. Theobroma cacao) ve çay genleri ile karşılaştırılması sonucunda kafein üretimi konusunda ıraksak evrimin (yani ortak bir atadan dallanmanın) değil, yakınsak evrimin (farklı canlı gruplarında özelliğin ayrı yer ve zamanlarda, bağımsız gerçekleşmesinin) söz konusu olduğu doğrulandı.

Bitkiler aleminde kafein üretimi arasındaki benzerlik ve farklılıkları daha iyi anlamak için ve bu yakınsak evrimi araştırmak amacıyla Barkman ile çalışma arkadaşları şu 5 çiçekli bitkiyi karşılaştırdı: Çay, kahve, kakao, guaraná (Lat. Paullinia cupana) ve portakal (Lat. Citrus sinensis).

Kahve bitkisi ile çay bitkisi her ne kadar farklı enzimlerden yararlansa da, kafein yapmak için aynı biyokimyasal adımları atıyor: Nükleosit ksantozinin metilasyonu, ardından da iki metilasyon adımı daha atılarak kafein yapılıyor. Barkman ve ekibi bundan dolayı kakao, guaraná ve portakalın da aynı basamakları kullanacağını sanıyordu. Portakaldan aday XMT enzimlerini ve kakao ile guaranádan CS enzimlerini yalıtıp çözümlediklerinde ise yanıldıklarını anladılar: Proteinler tepkimeleri katalizlemiyordu.

Muhtemelen umutsuzluktan olsa gerek, Barkman’ın aklına enzimlerin alternatif substratlar kullanabilecekleri geldi. “Her enzim için kafein biyosentetik ağı ile ilgili tüm olası substratları denedik.” diyor. Sonunda deneyleri işe yaramış ve sevinçten havalara uçmuşlar. Anlaşılan o ki, çay ile kahve sürece ksantozin ile başlarken, üzerinde çalışılan diğer bitkiler bir başka benzer molekülden yararlanıyordu: Ksantin. Süreçlerdeki tüm ya da bazı ara moleküller de ayrıca kakao, portakal ve guaraná bitkilerinin kafein sentezinde farklılık gösteriyordu.

Ata Enzimler Diriltildi

Ekip, portakaldaki XMT enzimine odaklanarak, enzimlerin nasıl evrilmiş olabileceğini araştırdı. 500 kadar başka çiçekli türden aldıkları ortolog (iki veya daha fazla homolog gen sekansının bulunduğu bölge) XMT’lerin dizilimlerini karşılaştırarak ve milyonlarca yıl süren amino asit değişimlerini hesaba katarak, araştırmacılar varsayımsal ata enzimleri yeniden yarattı ve biyokimyasal çözümlemelerini sınadı.

Portakalın kahve ile paylaşıyor olabileceği en erken sentetik atanın metilat benzoik asit (İng. methylate benzoic acid) ve salisilik asit (İng. salicylic acid) (karboksilik asitler çiçek kokusu, patojen savunması vb. ile ilgilidir) olabileceğini, fakat metilat ksantin ya da ksantozin olamayacağını gördüler. Daha sonraları ortaya çıkan sentetik Citrus XMT atasının ise hem salisilik asiti hem de ksantini kullanabildiğini keşfettiler.

“Buradaki yenilik atasal enzimlerin diriltilmesi ile oldu. Araştırmacılar yakınsamaya götüren gayet makul bir yolu ortaya çıkararak harika bir iş başardı.” diyor Georgia Üniversitesi’nden evrimsel bitki biyoloğu Jim Leebens-Mack. Diriltilen ata enzimlerin, evrimin nasıl işlediğine ilişkin bir kavrayış sunduğunu belirten Leebens-Mack, biyomühendislerin var olan genlere yeni işlevler kazandırmak için üzerlerinde ne gibi değişiklikler yapabilecekleri hakkında da bir fikir verdiğini ekliyor. “Bu sadece geçmişte ne olduğunu tanımlama meselesi değil; bize gelecekte nelerin mümkün olabileceği hakkında fikir veriyor.”

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv