Katalog

Denizanasının Parıldayan Proteinlerine Nobel Kimya Ödülü Nobel 2008 Kimya Ödülü, parıldayan denizanası proteinini keşfeden, üreten ve uygulamalarını geliştiren üç kimyacıya verildi. Yeşil Floresan Proteini (YFP) olarak adlandırılan bu biyokimyasalın bulunması biyoloji ve tıp alanlarında bir devrim olarak değerlendirilmektedir. Yrd.Doç.Dr. Nihal Sarıer (İstanbul Kültür Üniversitesi) B iyolüminesan olarak bilinen ve canlı organizmalarda kimyasal tepkimeler sırasında kimyasal enerjinin ışık enerjisi olarak açığa çıkması olayını araştıran Osamu Shimomura (d.1928), 1961’de Kuzey Amerika’nın batı sahillerinden 10000 denizanası (Aequorea Victoria) topladı. Denizanalarının kenarlarını keserek, süzgeç kâğıdının üstüne koydu ve sıkarak sıvı kısmını özütledi. İçinde denizsuyu olan bir küvete denizanasından elde ettiği özütten damlatınca, parlak mavi bir ışıma olduğunu gözlemledi. Bu ışımanın özütlenen sıvı kısım ile deniz suyundaki kalsiyum iyonlarının tepkimeye girmesi sonucu olduğunu düşündü. Kısa sürede bir iki miligram proteini karışımdan ayırmayı başardı. Bu proteine “aequorin” adını verdi. Güneş ışığında hafif yeşil renkte, UV ışığında yeşil floresan ışıma yapan bir proteini de elde ettiğini not etti. Bu proteine Yeşil Floresan Proteini (YFP) adı verildi. Denizanası özütündeki olası tüm proteinleri büyük miktarlarda elde etmek üzere her yaz 50000 denizanası, 19 yılda 850000 denizanası toplayarak Şekil 1. Yeşil Fuloresan Proteinin elde çalışmalarını edildiği ,yaklaşık 10 cm çapında olan sürdürdü. denizanası türü Aequorea Victoria Shimomura, (Kaynak: www.reefs.org/.../aquari1970’lerde umnet/1097/10972.html) YFP’nin floresan özelliklerini daha yakından inceleyerek YFP’nin kromofor (ışık soğuran ve ışık yayan özel bir kimyasal grup) içerdiğini kanıtladı. Işık YFP’ deki kromofora çarptığında, elektronlar uyarılarak bulundukları düzeyden daha yüksek enerji düzeyine sıçramakta, daha sonra geriye dönerken aldığı enerjiyi görünür bölgede yeşil ışık dalgaboyunda ortama yaymaktadır. Kolombiya Üniversitesi’inden Martin Chalfie (d.1947) Yeşil Fuloresan Proteinin varlığını ilk defa 1988’de katıldığı bir seminerde farketti. Günlük çalışmalarında milimetre boyutlarında yuvarlak bir solucan olan “Caenorhabditis elegans” i kullanmaktaydı. C.elegans, yalnızca 959 hücreden oluştuğu halde beyni olan, olgunlaşan, çift eşeyli, biyolojik çalışmalarda çok sık kullanılan bir solucan türüdür. Üstelik şeffaf bir yapıda olduğu için normal mikroskop altında organlarının incelenmesi mümkün olmaktadır. Chalfie, bu yuvarlak solucanın işaretlenmesin YFP genini önce E.coli bakteri hücresine enjekte etti, E.coli’nin yeşil ışık yayarak parladığını gözledi. 1994’de aynı geni yuvarlak solucan C.elegans’ın belirli hücrelerine enjekte etti. Bu hücrelerin UV ışığında mikroskop altında kolayca gözlenebildiğini kanıtladı. Kaliforniya Üniversitesi biyokimya profesörü Roger Y. Tsien (d.1952), çok farklı renklerde, daha uzun süre ile ve daha yüksek şiddette ışıma yapabilen YFP molekülleri geliştirerek Shimomura ve Chalfie’nin çalışmalarına büyük bir katkıda bulundu. Tsien, YFP kromoforunun 238 amino asitten oluşan uzun YFP proteininde nasıl oluştuğunu kanıtladı. Daha önce yapılan araştırmalarda YFP zinciri üzerindeki 656667 nolu amino asitlerin birbirleri ile tepkimeye girerek kromoforu meydana getirdiği kanıtlanmıştı. Şekil 2. Tsien tarafından önerilen YFP’in yapısının temsili çizimi, yapı bira kutusuna benzetilir.(Kaynak: wwwbioc.rice.edu/Bioch/Phillips/Papers/fig1.jpeg) Şekil 3. YFP kromoforunun önemli amino asitler işaretlenmiş olarak yapısal formülü (Kaynak: Confocal microscopy of single molecules of the green fluorescent protein. Bioimaging, 6:5461, 1998. ) de YFP’nin fantastik bir araç olabileceğini, solucanın hücrelerindeki çeşitli faaliyetlerde parlayan yeşil bir sinyal gibi kullanılabileceğini düşündü ve denemelere başladı. İzleyen yıllarda Douglas Prasher, YFP’ni üretebilecek geni denizanasından izole etti. Chalfie doktora öğrencileri ile birlikte Tsien, bu kimyasal tepkimenin gerçekleşmesi esnasında oksijen kullanıldığını, başka proteinlerin yardımı olmadan kromofor oluşumunun YFP içinde gerçekleştiğini gösterdi. DNA teknolojisi yardımı ile, Tsien YFP zincirinin çeşitli noktalarındaki amino asitleri değiştirerek YFP’nin görünür ışık spekturumunun mor, mavi, sarı gibi farklı bölgelerinde ışık saçan türlerini elde etti. Ancak Tsien, YFP ile kırmızı rente ışımayı sağlayamadı. Oysa kırmızı ışık biyolojik dokulara daha kolay nüfuz edebilir ve insan vücudundaki hücre ve organları incelemek isteyen araştırmacılar için çok yararlıdır. Bu aşamada iki Rus araştırmacı Mikhail Matz ve Sergei Lukyanov, mercanlarla çalışarak karmaşık yapıda kırmızı fuloresan bir protein izole ettiler. Tsien, bu araştırmaya dayanarak daha kolay kullanılabilen bir kırmızı YFP geliştirdi. Nobel Vakfı, Kimya 2008 ödülü duyurusunda YFP’leri “ çağdaş biyokimyanın en önemli araçlarından biri olduğunu” YFP yardımı ile araştırmacılar daha once izlenemeyen beyinde sinir hücrelerinin gelişmesi, Alzheimer hastalığı ya da kanser hücrelerinin yayılması gibi olayları incelemenin mümkün hale geldiğini belirtti. Yeşil Fuloresan Proteini, tatlı su kaynaklarındaki arseniğin belirlenmesi gibi biyoteknolojik uygulamalarda da kullanılabilir. Genetik değişiklik yaparak arseniğe dirençli bakteri üretilmiş, yapıya ilave edilmiş olan YFP sayesinde arsenikli ortamda bu bakterilerin yeşil ışık yaymasını sağlamışlardır. Pek çok biyolüminesan proteinden farklı olarak, YFP’nin “parlamak” için herhangi bir kimyasal madde tüketimine gereksinimi yoktur. Yeşil Flüoresan Protein, mavi ışığı ya da UV ışığı yeşil ışığa dönüştürmektedir. Bu sayede mikroskop altında hücre biyolojisini araştırmak için hücrelere ya da dokulara zarar verebilecek başka kimyasalların kullanılmasına ihtiyaç kalmamıştır. Kaynaklar: 1) MIT Technology Review 2008 http://www.technologyreview.com/biomedicine/21486/ 2) Official Nobel Prize Site, http://nobelprize.org/nobelprizes/chemistry/laureates/2008/ CBT 1127/ 17 24 Ekim 2008