kryptokrom

Kryptokrom og registrering av blått lys deltar i en rekke prosesser i planter:

1. Økt vekst og utvidelse av frøbladene under frøspiring
2. Økt produksjon av anthocyaniner
3. Deltar i fotoperiodisitet og induksjon av blomstring
4. Stiller den biologiske klokken som inngår i sirkadiske rytmer
5. Depolariserer cellemembranen

I en fotosyklus i kryptokrom blir inaktivt flavin (FAD, flavin-adenin-mononukleotid) omdannet til et aktivt flavin-radikal etter absorbsjon av blått lys, og det skjer en konformasjonsendring i proteinet. FAD-radikalet kan videre bli inaktivert i form av redusert flavin (FADH) når det absorberer grønt lys. Grønt lys gir et signal om at det vokser planter i nærheten via refleksjon fra grønt klorofyll i naboplantene.

Kryptokrom, kodet av Cry-gener, har en lang evolusjonshistorie som startet med et blåttlysaktivert enzym, en fotolyase som reparerte skader i DNA forårsaket av ultrafiolett stråling. Ved genduplisering ble det dannet to paraloger av dette fotoreaktiveringsenzymet som reparerer to forskjellige typer UV-skader. Et av disse proteinene har utviklet seg til kryptokrom.

Fotolyase inneholder flavinet FAD (flavin-adenin-dinukleotid) som fotoreseptor for det blå lyset. FAD er lite effektivt til å fange opp blått lys, og etter hvert ble det selektert en mer effektiv kromofor, et flavin kalt FMN (flavin mononukleotid) og pterin. Pteriner består av en pteridin-ring som inneholder pyrimidin laget fra guanosin trifosfat (GTP) koblet til pyrazin. Lysabsorberende pteriner finnes i bakterier, planter, sopp og dyr. Pteriner ble først funnet i sommerfuglvinger, gresk pteron betyr vinge, derav navnet. Pteriner har mange funksjoner som pigment i organismer, og kan delta som en kofaktor i enzymer. Vitamin B₉ (folat) inneholder pterin.

Kryptokrom inneholder ikke fotolyase-aktivitet, men har en fotolyase-lignende homolog sekvens.

Navnet kryptokrom kommer fra gresk kryptos som betyr skjult, og chroma, som betyr farge. Eksperimenter viste at planter responderte på blått lys via en annen fotoreseptor enn klorofyll eller fytokrom. Den gangen visste man ikke hvilket protein og kromofor det dreide seg om, men det måtte enten være et flavin eller karotenoid. Det fant man ut fra tre karakteristiske topper i aksjonsspekteret som passet overens med absorbsjonsspekteret for disse kromoforene. Siden man ikke visste hvilken fotoreseptor det dreide seg om, kalte man den kryptokrom.

Etter hvert oppdaget man flere blåttlysreseptorer, og en type beholdt navnet kryptokrom. Planter kan inneholde tre forskjellige kryptokromer. Kryptokrom påvirker transkripsjon av gener og kan binde seg til DNA.

Blåttlysabsorberende kryptokrom finnes ikke bare i planter, men også i insekter, bløtdyr, amfibier, reptiler, fugl og pattedyr. Det er forskjellige typer kryptokromer: pattedyrtype og insekttype. Dyrelivet har tilpasset seg de sykliske svingningene i årstider, lys, mørke, temperatur, nedbør, månesyklus, og tidevann, med tilhørende sesongvariasjon i dyrenes aktivitet og reproduksjon. For eksempel vil bladlus ved korte netter og lange dager formere seg ved partogenese, men ved lange netter blir bladlusene seksuelle, legger egg og går inn i en diapause.

Dyr som lever i polare nordområder med kald vinter og snø kan skifte fjærdrakt eller farge på pelsen, de kan gå inn i vintersøvn eller dvale. Trekkfugler vender nordover om våren og om høsten sørover. Signalet dyrene mottar er endring i nattlengde (daglengde). Det er bølgelengdene tilsvarende blått lys registrert av kryptokrom som gir dyrene og oss informasjon om lysforholdene, og stiller de fotoperiodiske klokker, klokker for både døgnvariasjon og sesongvariasjon.

• flavoproteiner
• fotoreseptor i planter

• Foley LE, Gegear RJ & & Reppert SM: Human cryptochrome exhibits light-dependent magnetosensitivity. Nature communications 21 Jun 2011, 2:356
• Pinzon-Rodriguez A, Bensch S & Muheim R: Expression patterns of cryptochrome genes in avian retina suggest involvement of Cry4 in light-dependent magnetoreception.