Makaleler

Biyolüminesans Nedir?

H. İlker KAYA

20-09-2016 11:12
80716 kez okundu.

Biyolüminesans Nedir? — Latincede ışık anlamına gelen "lümen" kelimesinden türemiş lüminesans, bildiğimiz ışık kaynaklarından farklı bir şekilde oluşur.

LED teknolojisinde, neon ışıklarda, televizyonda, fosforlu tabelalarda görüldüğü gibi, doğayla sınırlı kalmayıp, üretim aşamasına geçilen Lüminesans olayında, molekülün üzerinde toplanan enerjiden, foton saçarak kurtulması ve kararlı hale dönmesi sonucu "soğuk ışık" meydana gelir. Kısaca lüminesans olayı, farklı şekillerde oluşan atomik düzeyde bir doğa olayıdır.

Çağlar boyunca birbirinden farklı türler evrimleşirken, çeşitli savunma mekanizmaları geliştirdiler. Canlı organizmalarda, özel bir kimyasal reaksiyon sonucunda oluşan ışık, her ne kadar doğa harikası olarak görülse de, aslında canlının doğal ortamında genel olarak savunma, üreme gibi doğuştan sahip olunan bir tür içgüdü olarak tanımlanabilir.

Biyolüminesans kosunda en bilinen örnek olan, Ateş böceklerinin yaydığı soğuk ışığın kaynağı, uzun yıllar merak konusu olmuştur. Connecticut Üniversitesi'nden Bruce Branchini ve ekibi tarafından, ateş böceklerinin karın bölgesinde oluşan sarı, turuncu ve mavi ışığın nedeni araştırdığında, doğada bulunan bir kimyasal olan lüsiferinin, lüsiferaz enzimi varlığında yanmasından sonucu olabileceği kanısına varılmış. Ancak, moleküler haldeki oksijenin, lüsiferin ile reaksiyona girmesi pek de mümkün olmayacağından, bu reaksiyon mekanizması üzerine yapılan çalışmaların sonunda, bu reaksiyonu, ekstra elektrona sahip bir moleküler oksijen olan Süperoksit anyonunun (O₂-) gerçekleştirdiği sonucuna varılmış. Branchini, süperokisit anyonu ile gerçekleşen bu reaksiyonun, planktonlardan denizin derinliklerinde yaşayan balıklara kadar tüm doğada, biyolüminesansın nedeni olabileceğini ve lüsiferinin, daha şimdiden insanlardaki tümörleri görüntülemede ve kansere karşı ilaç geliştirmede faydalı olduğunu belirtiyor. ⁽¹⁾

Ayrıca yaşadığımız ekosistemde ateş böcekleri dışında, Japonya’nın Wakayama bölgesinde görülen Mycena LuxCoeli gibi kara canlılarıyla benzer özellik gösteren deniz faunasından, Hawaii Kısa Kuyruklu Mürekkep Balığı, yalnızca erkek bireyleri ışık üretebilen ve dişilerini bu yolla kendine çeken Ostrakodlar, sırtındaki dikiş izine benzeyen hücreleriyle ışık saçan (Comb Jelly) Taraklılar gibi biyolüminesans yapabildiği bilinen canlılara örnek olarak verebiliriz. ⁽²⁾

Yakın zamanda ise, Japon bilim adamları tarafından bu özelliğe sahip bir diğer canlının insan olduğu öne sürülmüş, araştırma sürecinde insanların yaydığı ışığın, gözle görülemeyecek kadar zayıf olsa da, bu özelliğe sahip olduğu saptanmıştır. ⁽³⁾

Günün farklı saatlerinde Biyolüminesans. C: 10:10. D: 13:10. E: 16:10. F: 19:10. G: 22:10. H: Beş gönüllü katılımıyla elde edilen foton yoğunluğunun zaman ile gösterdiği değişiklik grafiği. I: Konunun Termal görüntüsü.
Fotoğraf: PLoS ONE

Denizde oluşan hareketlenmeler sonucu, Ay ışığının denizdeki yansıması olarak nitelendirilen "yakamoz" olayının, deniz faunasından Noctiluca Scintillans adındaki mikroskobik bir canlı -bir fitoplankton kaynaklı olduğu kefşedilmiştir. ⁽⁴⁾ Bu canlının parıltısı, hareketlenmelere karşı verdiği bir çeşit savunma olarak biyolüminesans olayının bir sonucudur.

Kuzey Amerika sahillerinde görülen (Aequoria Victoria) Kristal Denizanası’nda görülen biyolüminesans, Noctiluca Scintillans canlısından daha farklıdır. Bu canlının, doğal ortamında “aequorin” isimli bir protein tarafından, kimyasal reaksiyon sonucu oluşturulan mavi ışığın, Yeşil Florasan Protein (GFP – Green Fluorescent Protein) tarafından yeşil ışığa dönüştürülerek etrafa verildiği keşfedilmiş.

Bu keşif, ilk olarak 1960’lı yıllarda Shimomura ve ekibi tarafından fark edilmiştir. Yeşil floresan proteinin keşfi ve geliştirilmesiyle ilgili ilk çalışma, 2008’de bu konu ile Nobel Kimya Ödülünü almış olan üç bilim adamına, ABD’li bilim adamları Roger Tsien ve Martin Chalfie ile Japon Osamu Shimomura’ya aittir.

Yeşil Florasan Proteinin (GFP) yapısı

Doğadan taklit edilerek, bilim dünyasına katılan moleküllerden biri olan Luminol, ilk kez 1902 yılında Almanya’da sentezlendi. Teknik adı 3-aminofitalhidrazit olan bu molekül, luminol adını 1920’li yılların sonunda aldı. Adli olaylarda kullanımı Alman adli tıp bilimcisi Walter Specht tarafından 1937’de gündeme getirilen luminolün 1942’de bilim insanları tarafından adli vakalarda kan tespitinde kullanılması tavsiye edildi.5 Suda çözünmeyen bu madde, hem çözücü hem yükseltgen olarak “hidrojen peroksit (H₂O₂)” ve baz varlığında, katalizör ile 30 saniyelik bir ışıldama sağlar. Bahsi geçen bu katalizöre, kanda bulanan hemoglobin hücresinin merkezindeki demir atomunu örnek gösterebiliriz.