Giriş

Sıcaklık sıfırın altına indiğinde suyun donduğu gerçeğini hepimiz biliriz. Tüm organizmalarda da tıpkı vücudumuzda olduğu gibi belirli bir oranda su bulunur. Peki, soğuk ortamlarda yaşayan canlılar neden donmazlar? Spesifik olarak soracak olursak Antarktika gibi buzullarla kaplı sularda balıklar nasıl yaşarlar? Bu yazımda sizlere antifriz proteinler (AFP’ler) hakkında bilgiler vererek özellikle balıkların soğuk ortamlara adaptasyonuna ışık tutmaya çalışacağım.

AFP’ler ilk olarak 1965 kışında DeVries tarafından, Antarktika’da yaşayan üç farklı balık türünde (Trematomus borchgrevinki, Trematomus bernacchii ve Trematomus hansoni)  donma direnci araştırılırken keşfedilmiştir1. Soğuk ortamda balıklardan toplanan serum örneklerinden her tür için ortalama donma noktası saptanmıştır1. Türlerin ortalama serum donma noktaları karşılaştırıldığında, T. borchgrevinki için önemli bir fark olduğu gözlemlenmiştir1. Daha sonra T. borchgrevinki serumundan izole edilen karbonhidrat içeren bir proteinin (glikoprotein), serum donma noktası depresyonunun %30’undan sorumlu olduğu tespit edilmiştir1. Böylece ilk antifriz proteini antifriz glikoproteinler (AFGP’ler) olarak tanımlanmıştır1.

Bu keşifle birlikte T. bernacchii ve T. hansoni türleri, derin ve sığ sularda yaşayanlar olarak gruplandırılmıştır1. Yapılan incelemede derin sularda yaşayan balıklarda bu proteinlerin bulunmadığı veya çok düşük seviyelerde bulunduğu sonucuna varılmıştır1. Fakat aynı tür balıkların sığ yani daha soğuk ve genellikle buz parçacıkları olan sularda yaşayan gruplarında antifriz proteinlerin varlığı tespit edilmiştir1. Ayrıca yazın suların ısınmasıyla birlikte bu proteinlerin ekspresyonunda büyük ölçüde bir azalma olduğu gözlemlenmiştir2,3.

1977 yılında yine DeVries tarafından, bu proteinlerin serum donma noktasını nasıl bir mekanizmayla etkilediği araştırılmıştır2. Antifriz proteinlerin sıvı fazda harekete geçmek yerine buz kristallerinin oluşumu sırasında buz yüzeyine tutunarak kristalin büyümesini engellediği öne sürülmüştür2. T. borchgrevinki ve P. americanus balıklarında bulunan antifriz proteinlerinin katı fazda olduğu gibi sıvı fazda yoğun olarak bulunmadığı saptanarak bu hipotez desteklenmiştir2.

İlk olarak balıklarda bulunan antifriz proteinler daha sonra kış döneminde aktif olan veya soğuk iklimlerde yaşayan çeşitli böcekler, bitkiler, mantarlar ve bakterilerde de keşfedilmiştir3,4. Balık antifriz proteinleri iki kategoriye ayrılır: antifriz proteinler ve antifriz glikoproteinler4,5. Keşfedilme sırasına göre antifriz proteinler AFPI, AFPII, AFPIII ve AFPIV olarak isimlendirilmiştir4,5. Küçük α-sarmal yapıya sahip AFPI’ler, alanin açısından zengindirler4,5. AFPII’ler ise sistin kalıntılarınca zengin ve β-yapıdadırlar5. AFPIII’ler, küresel yapılarıyla diğer tiplerden ayrılırken; AFPIV’ler, en son keşfedilmiş balık antifriz proteinleridir ve değiştirilebilir apolipoproteinlerle %20 oranında sekans benzerliğine sahiptirler4,5. Diğer bir kategoride olan AFGP’ler, tekrar eden bir tripeptid (alanin-alanin-treonin) birimiyle birlikte treonin yan zincirine bağlı bir disakkarit parçasından oluşurlar5.

Yeni proteinlerin genel gelişimine benzer şekilde antifriz proteinlerinde de evrimsel gelişim gen duplikasyonu ve dizi farklılaşması sebebiyle ortaya çıkmıştır4. Bu gelişimin ardındaki seçilim, hiç şüphesiz dondurucu çevresel sıcaklıklar tarafından yönlendirilmiştir4. AFPII’ler incelendiğinde, kalsiyuma bağlı (C-tipi) lektinlerin karbonhidrat tanıma alanıyla homolog olduğu tespit edilmiştir4. Sekans benzerliğinden dolayı AFPIV’lerin evrimsel öncüsünün apolipoproteinler olduğu düşünülmektedir4. Yapısal çeşitliliği ile dikkat çeken antifriz proteinler için çeşitli öncülerin varlığı tanımlanarak çoklu evrimsel kökenlerden geliştikleri gösterilmiştir4.

Sonuç

Sonuç olarak doğa, bize yine harika yöntemleri olduğunu kanıtlayarak bu proteinin varlığıyla hem ekolojik ve fizyolojik olarak önemli olan adaptasyonları anlamamıza hem de evrimsel süreçleri inceleyerek seçilim baskısının nelere yol açabileceğini görmemize olanak sağlamıştır. Bunlara ek olarak, antifriz proteinlerin keşfi ile peptidomimetik çalışmalarına yeni bir bakış açısı kazandırılarak antifriz aktivitesine sahip yeni peptitlerin geliştirilmesi mümkün kılınmış ve biyoteknoloji alanında da ilgi çekmeyi başarmıştır.

Kaynaklar:

  1. DeVries, A. L., & Wohlschlag, D. E. 1969. “Freezing Resistance in Some Antarctic Fishes”, Science, 163(3871), 1073–1075. doi:10.1126/science.163.3871.1073 
  2. Raymond, J. A., & DeVries, A. L. 1977. “Adsorption inhibition as a mechanism of freezing resistance in polar fishes”, Proceedings of the National Academy of Sciences, 74(6), 2589–2593. doi:10.1073/pnas.74.6.2589 
  3. Ewart, K. V., Lin, Q., & Hew, C. L. 1999. “Structure, function and evolution of antifreeze proteins”, Cellular and Molecular Life Sciences CMLS, 55(2), 271–283. doi:1007/s000180050289 
  4. Cheng, C.-H. C. 1998. “Evolution of the diverse antifreeze proteins”, Current Opinion in Genetics & Development, 8(6), 715–720. doi:10.1016/s0959-437x(98)80042-7
  5. Scott, G. K., Fletcher, G. L., & Davies, P. L. 1986. “Fish Antifreeze Proteins: Recent Gene Evolution”, Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 43(5), 1028–1034. doi:10.1139/f86-128

Denetleyen: Beril GÜREL

No responses yet

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *