2015-ci il nobel kimya mükafatı haqda yazılmış entry: #183258 * sirkadian ritm haqqında
2017-ci il fiziologiya və tibb üzrə nobel mükafatı üç şəxsə verilib: jeffrey c. hall, michael rosbash and michael w. young. sirkadian ritimlərə nəzarət edən molekulyar mexanizmlərin kəşfi səbəbilə.
roshbash və hall 1990-cı ildə period adlı genin mexanizmini kəşf ediblər, m. young isə 1994-cü ildə tim * timeless genini kəşf edib.
bildiyimiz kimi bioloji ritimlər tək hüceyrəli orqanizmlərdən məməlilərə qədər bütün canlılarda mövcuddur. bunlardan biri sirkadian ritim adlanır və hüceyrə, orqan, endokrin sistem, orqanizm səviyyəsində müşahidə edilir. orqanizmlərin fiziologiya və davranışlarının günün müxtəlif vaxtlarına görə adaptasiya olması uzun zamandır bilinir.
ən sadə nümunə kimi 1729-cu ildə astronom jean jacques d’ortous de mairan tərəfindən aparılan təcrübəni göstərmək olar. fransız astronom qaranlıq otaqda mimoza bitkisi yerləşdirir və bu bitkinin günəş işığı olmasa belə günün eyni saatlarında yarpaqlarını ritmik olaraq açıb bağladığını müşahidə edir.
uzun illər sonra alman fizioloq erwing bünning paxla bitkisinin yarpaqlarını kimoqraf cihazına bağlayır və yarpaqların sabit işıq altında gündüz və gecə boyunca hərəkətlərini qeydə alır. və bünning yarpaqların hərəkət ritminin bir qayda olaraq davam etdiyini görür. bu təcrübədən sonra illərlə bitki və heyvanların sirkadian davranışlarının bioloji bir saat əsasında yoxsa ətraf təsirlərə görə nizamlandığı müzakirə mövzusuna çevrilir. nəhayət ki, iyirminci əsrdə endogenik sirkadian saatın varlığı təsdiq olunur.
bundan sonra təkcə bitkilərin yarpaq hərəkətlərinin yox bir çox fizioloji prosesin fizioloji saat tərəfindən idarə olunduğu, sirkadian ritimlərin təbii seçmənin nəticəsi olduğu öyrənildi. 1960-cı illərin ortalarında isə seymour benzer və ronald konopka bioloji saat və clock * saat geni ilə bağlı araşdırmalar aparmağa başlayır. xüsusilə seymour benzer sirkadian ritmlərin tək bir gen tərəfindən idarə olunduğuna və bunun klassik mutagenez strategiyası ilə aşkar edilə biləcəyinə inanır.
təcrübəyə əsasən pupal eklosion və lokomotor fəaliyyətin normal 24 saatlıq dövrdə dəyişiklik göstərdiyi üç fərqli mutant milçək izolyasiya edilir. nəticə olaraq bu üç fərqli mutantdan biri aritmik, digəri 19 saatlıq, üçüncüsü isə uzun 28 saatlıq periodlara sahib olur və hər üç mutantın eyni x xromosomu bölgəsində eyni period geninə malik olduğu kəşf edilir. aritmik mutantın period geni zərərli mutasiya nəticəsində fəaliyyətsiz qalır, ikinci və üçüncü mutantların period genləri isə yanlış mutasiya nəticəsində daha qısa və daha uzun periodlara malik olur. beləki aritmik mutantın period geni tək bir nukleotid dəyişikliyin fərqli bir amino asid kodlayan kodon ilə nəticələnən mutasiyası səbəbilə fəaliyyətsiz qalır, ikinci və üçüncü mutantların period genləri isə stop kodonlarla nəticələnən mutasiya səbəbilə daha qısa və uzun periodlara sahib olur.
beləliklə eyni period geninin üç fərqli mutasiyası olduğu kəşf edilir: per S, per L, and per 0
bəs sirkadian ritmə nəzarət edən nədir?
sirkadian ritmin nəzarətində genetik və ekoloji təsirlər rol oynayır. məməlilərdə orqanizm səviyyəsində sirkadian ritmə epifiz vəzisi və suprakiazmatik nüvə nəzarət edir. hüceyrə səviyyəsində isə müsbət və mənfi feedback-lərə sahib olan molekulyar şəbəkə tərəfindən idarə olunur.
üst şəkildə gördüyümüz kimi məməlilərdə müsbət feedback-lər üçün iki gen əhəmiyyət daşıyır: clock və bmal1. mənfi feedback-lər üçün isə bu genlər bayaq haqqında öyrəndiyimiz period və cryptochrome genləridir.
genlərin düzgün fəaliyyəti orqanizm üçün vacibdir. məsələn, saat geninin normal fəaliyyət göstərməməsi nəticəsində gündəlik qidalanma ritmi pozulur, obezliyə səbəb olur və sairə.
indi bu feedback mexanizmini izah edək. təbii ki, drosophila ilə davam edirik.
period geninin kəşfindən sonra 1980-ci illərdə hall və roshbash drosophila ilə təcrübələr keçirir və milçəyin sinir hüceyrələrindəki period geni tərəfindən kodlanan per proteinlərinin 24 saatlıq dövrün gecə saatlarında maksimum səviyyəyə çatdığını kəşf edir. eyni zamanda period geni tərəfindən kodlanan mrna milçəyin beynində sirkadian dövrlərə səbəb olur; belə ki, hall və roshbash burdan per protein dövrünün period mrna dövrü nəticəsilə qaynaqlandığını kəşf edir. məsələn, period mrna öz maksimum səviyyəsinə, per proteininin maksimum səviyyəsinə çatmasından bir neçə saat əvvəl çatır. bayaq öyrəndiyimiz kimi milçəyin sinir hüceyrələrindəki per proteinlər gecə saatlarında maksimuma qalxır, period mrna isə bundan bir neçə saat əvvəl.
bir proses digərini zəiflədir. burdan mənfi feedback mexanizmi doğur. yəni mənfi feedback mexanizminə səbəb olan genlərdən biri period genidir. mənfi feedback mexanizminə səbəb olan digər gen timeless (tim) genidir. 1998 ci ildə digər nobel tibb mükafatçımız michael young timeless (tim) genini kəşf edir. tim geni aritmik tim01 mutantı sayəsində kəşf olunur. tim01 mutasiyası düzgün sirkadian ritim qurma bacarığına təsir göstərir və aritmik davranışa səbəb olur. timeless geninin kodladığı tim proteini digər per proteininə bağlanır və ikisi period mrna aktivliyini azaldır.
bax 2017 ci il nobel tibb mükafatının bu üç şəxsə verilməsinə səbəb olan şey hər üçünün həm hüceyrə səviyyəsində bu mexanizmi açıqlamaları həm də bu mexanizmə nəzarət edən genləri kəşf etmələridir. yeri gəlmişkən mexanizm qısa olaraq ttfl mexanizmi adlanır. və bunun təkamül nəzəriyyəsi ilə nə əlaqəsi var?
sirkadian saatın eukariotlardan prokariotlara qədər bütün canlılarda təkamül etdiyi, hər canlıda müxtəlif genlər tərəfindən nəzarət edildiyi bilinir. məsələn, eukariotlarda kai a, kai b və kai c genləri sirkadian saatı idarə edir. eyni genlərin homoloqları archaea və proteobakteriyalarda fərqli təkamül keçib. bu 2.5 milyard illik təkamülün nəticədir. sirkadian saatın nə az nə çox 2.5 milyard yaşı var.
sirkadiyan saatın təkamülünü izah edək və entrini tamamlayaq. tədqiqatlara görə sirkadian saat 2.5 milyard əvvəl böyük oksigenlənmə hadisəsi zamanı və reaktiv oksijen növlərinin detoksifasiyası səbəbilə təkamül edib. sirkadian saatın varlığı canlılara daxili fiziologiyalarına xarici mühitə adaptasiya etməyə imkan verir və bu saatın təkamül etdiyi canlılara rəqabət avantajı qazandırır. ancaq üstdə qeyd olunan feedback mexanizmi hər canlıda fərqli təkamül keçib və fərqli genlər tərəfindən idarə olunur. deyək ki, neurosporalar üçün frequency and white collar genləri mexanizmi idarə etdiyi halda bitkilər üçün bu genlər toc1 və cca1, məməlilərdə bmal1 və saat genləri əsas rol oynayır. belə görünür ki, saatlar universal sirkadiyan saata qədər bir neçə dəfə və fərqli şəkillərdə təkamül keçib.
2011-ci ildə o'neil və reddy insanın qırmızı qan hüceyrələrində sirkadiyan saatın mövcud olduğunu kəşf edir. bayaq izah etdiyimiz mexanizm qırmızı qan hüceyrələrində olan sirkadiyan saatı açıqlaya bilmir. çünki qırmızı qan hüceyrələri nüvə və mtdna-ya sahib deyillər və bayaqki mexanizm ilə uyuşmurlar. bəs necə açıqlaya bilərik?
sonrakı tədqiqatlar zamanı peroxiredoxin proteinlərinin oksidasiyası zamanı bu qırmızı qan hüceyrələrində güclü rəqs yarandığı və insanlar, siçanlar, su yosunlarının hüceyrələrini müşahidə edərək bənzər rəqsə sahib olduqlarını kəşf edirlər. prx proteinləri reaktiv oksijen növlərinin və hidrogen peroksitin inaktivasiyasında vacib yer tutur.
siçanların suprakiazmatik nüvəsini test edən tədqiqatçılar prx ritimlərinin günün fərqli zamanlarında maksimuma qalxdığını və ttfl mexanizmi ilə bənzər olduğunu görürlər. droshophila, bitkilər və göbələklərlə aparılan oxşar təcrübələr eyni nəticəni verir. bu prx oksidasiyası-azalma dövrünün bütün canlılarda müşahidə edilməsi universal sirkadiyan saatların bu mexanizmdən təkamül etdiyinə işarə edir. 2.5 milyard il əvvəl böyük oksigenlənmə hadisəsi zamanı toksik atmosferik oksigen sürətlə artmağa başlayır və o vaxtki canlıların böyük bir qismi yox olur, dünya ekologiyası ciddi şəkildə dəyişməyə başlayır. prx proteinləri toksik metabolik maddələri yox edir və 2.5 milyard il əvvəl baş vermiş böyük oksigenlənmə hadisəsi zamanı eyni mexanizmə sahib olanların üstünlük qazandığı və seçildiyi düşünülür.
ilk ttfl mexanizminin siyanobakteriyalarda bu zamanlarda təkamül etdiyi düşünülür və bu gerçək üstdəki nəzəriyyə ilə uyuşur. və bu nəzəriyyəni dəstəkləyən ikinci güclü iddia isə metanogenik orqanizmlərdə hal-hazırda heç bir sirkadian saatın olmamasıdır. çünki 2.5 milyard il əvvəlki oksigenlənmə hadisəsi bu orqanizmlərə risk təşkil etmirdi. və normal olaraq bu orqanizmlərdə prx proteinlərinin toksik maddələri yox etməsinə və daha sonra sirkadian saatın bu mexanizmdən təkamül etməsinə ehtiyac olmur.
son olaraq bunu yazmaq istəyirəm ki, irəli mədəniyyətlər durmadan inkişaf edir, bizim düşündüyümüzdən qat-qat çox işlər görürlər və nəticələrini birlikdə görürük. yaxın şərqdə və digər buna bənzər ölkələrdə isə təkamülün tədrisi dərs proqramlarından çıxarılır ya da müəllimlər tərəfindən könülsüz tədris olunur. daha bir neçə ay əvvəl türkiyə dövləti təkamülü məktəb proqramından çıxarmışdı və bu məsələ azərbaycan mediasında belə müzakirə mövzusuna çevrilmişdi, hətta ilahiyyatçılar təklif etmişdilər ki, təkamül ilə yanaşı yaradılışçılıq (creationism) tədris edilsin. bu əsl biyabırçılıqdır. siz elmə qarşı vuruşduqca uduzacaqsız və itirən, savadsız qalan məktəblərdə zəlil etdiyiniz uşaqlar olacaq.
#yazıda kifayət qədər çox mənbə, tərcümələr və s. istifadə olunub. istinadlar üçün:
[1] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3109361/
[2]
(youtube: 
)
)[3] https://biology.stackexchange.com/questions/1037/why-do-mammalian-red-blood-cells-[4] lack-a-nucleus
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Detoxification
[6] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22835791 məqalənin doi linki: 10.1016/j.cub.2012.06.023
[7] http://www.nobelprizemedicine.org/wp-content/uploads/2017/10/Advanced.pdf
[8] http://evrimagaci.org/article/tr/evrimsel-surec-1-evrim-tarihinin-buyuk-zaman-cizelgesi-1-kisim
[9] oscillations in cell biology: https://www.pks.mpg.de/mpidoc/julichergruppe/julicher/OICB05.pdf
[10] https://www.biotek.com/resources/white-papers/an-introduction-to-reactive-oxygen-species-measurement-of-ros-in-cells/
[11] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC151369/
[12] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/8914
[13] cansu ozbayer, irfan degirmenci: circadian clock, cell cycle and cancer doi linki: 10.5798/diclemedj.0921.2011.04.0080
[14] http://www.biology-pages.info/C/Circadian.html
[15] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1459064/
[16] http://evrimagaci.org/article/tr/evrim-mekanizmalari-8-mutasyonlar
[17] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3229366/
və s.