|
Prof. Dr. Sinsi
|
Kemotaksonomi – Karşilaştirmali Fitokimya Ve Biyokimya
KAROTENOİDLER, TAKSONOMİK DAĞILIM VE BİYOGENETİKLERİ
FOTOSENTETİK DOKULARDAKİ DAĞILIMLARI
Klorofillerle birlikte fotosentetik bakterilerin kromatoforlarında ve yeşil algler ile yüksek bitkilerin kloroplastlarındaki granalarda mutlaka ve fotosentetik olmayan dokularda da bulundukları çok uzun zamandır bilinmektedir
Kloroplast klorofilleri a ve b ile karotenoidlerinin kompozisyonu nitel ve nicel olarak çok az farklılıklar gösterebilir Tipik olarak sırasıyla b-karoten, lutein, violaksantin ve neoksantindir a-karoten iz miktarlardadır ve lutein hakim ksantofildir (3,3’ – dihidroksi - a - karoten):
Lutein toplam yaprak pigmentlerinin % 40’ını, b-karoten 25’ini, viyola- ve neoksantin ise % 15’erlik kısmını oluşturur
Bu yüksek kararlı kompozisyon ilgili tüm hücre ve organizmaların taksonomik yakınlıklarını, müşterek soylarını kanıtlar
Alg sınıflarında plastid karotenoidleri klorofillerden, genelde de alglerin fotosentetik pigmentleri yüksek bitkilerdekinden daha fazla farklılıklar gösterir Bu farklılıkların taksonomik dağılımı da alglerin evrimi konusunda önemli bilgiler sağlar:
Bakteriler ve mavi-yeşil alglerden kırmızı ve daha sonra da yeşil algler evrimleşmiştir
Mavi-yeşil algler ekinonen ksantofili olan, kısaca b - karoten adı ile tanımlanan 4 – okso - b - karoten sentezleyen tek gruptur Bu pigmentin oksijen alımındaki işlevini 4 C’u sağlar
Kırmızı alglerde hem a -, hem de b -karoten türevleri bulunur, yani daha karmaşık ve etkin bir kompozisyon söz konusudur Ayrıca ksantofilleri de yüksek bitkilerdeki gibi 3C’ ları ile sübstitüsyon sağladığından alg evriminde merkezi bir yer tutarlar
Ya mavi-yeşil algler, kırmızılar alg grubu ayrıldıktan sonra özel ksantofillerin sentez enzimlerini sentezlemişlerdir, ya da bu iki alg grubu paralel olarak ekinon ve mikoksantofil sentez mekanizmalarını yitirmişlerdir Morfolojik olarak en basit yapı olan metaprotistler olan Cryptomonadlar kırmızı algler ile Phaeophyta’nın en basit sınıfı olan Crysophyceae araındaki köprüyü oluştururlar
Cryptomonadlar a - ve b - karoten türevi sentezlerler Algler içinde dominant karoten ve ksantofil fraksiyonlarının a - karoten ile 3, 3 – dihidroksi - b - karoten yapısındaki zeaksantin veya diatoksantin olduğu tek grupturlar
Crysomonadlar ise ana pigment olarak b-karoten ile b-karotenin zeaksantine oranla daha okside bir türevi olan fukoksantin sentezlerler
Fukoksantin Phaeophyta’nın iki ana sınıfı olan Phaeophyceae, yani kahverengi algler ile Bacillariophyceae, yani diyatomların da karakteristik pigmentidir
Diyatomlar ile de Crysophyceae ise gerek diatoksantin, gerekse de dinoksantin pigmentlerinin varlığı ile benzerdirler Phaeophyceae ise bu iki pigmenti içermez
Phaeophyta’ya dahil edilen Heterokontae ise fukoksantin, diatoksantin veya dinoksantin içermez Zeaksantinin 5, 6 epoksidi olan anteraksantin ile lutein epoksid içerir Bu durum da konunun yeniden ele alınması gereğini gösterir
Pyriophyta ve diyatomlar arasındaki ilişki de Pyrrophyta’da fukoksantin, diyatomlarda da Pyrrophyta karakteristiği olan peridinin sentezinin olmayışı nedeniyle nettir
Chlorophyceae ise genelde yüksek bitkilerde tipik olan karotenoid pigment tablosuna sahip olduğundan kırmızı alglerle benzerlik gösterir Phaeophyta’daki okside ksantofiller bulunmaz
Cyanidium caldarum başta olmak üzere birkaç yeşil alg türü biliproteinleri sentezler, hakim ksantofil olarak lutein değil zeaksantin içerir
Biliproteini olmayan Siphonales ordosunda ise b-karoten ana hidrokarbon pigmentidir, ana ksantofil ise sifonaksantindir
Sonuç olarak pigment tablosu Cryptophyta’ın Rhodophyta ile Chlorophyta arasında yer alan bir grup olduğunu gösterir
Euglenophyta’da tüm pigmentlerin b-karoten türevi olması Cyanophyceae ile ilişkilerini ortaya koyar, ana ksantofil anteraksantindir, ekinenon ise iz miktardadır Klorofil dağılımı ise Cryptophyta veya Cyanophyceae’den çok Chlorophyta ve Rodophyta ile yakınlık gösterir
KLOROPLAST KAROTENOİDLERİNİN FİZYOLOJİK, BİYOKİMYASAL ETKİNLİK MEKANİZMALARI
Aşağıda ele alınacak olan tabloya uygun genç meyvalar büyüyüp gelişirken yeşil rengini hakim klorofil pigmentlerinden alır ve bu fotosentetik tüm organ ve dokulardaki kloroplastlar için geçerli olan durumdur Meyva gelişip, olgunlaşırken kloroplast sayısı belli bir noktaya kadar artar, rengi koyu yeşilken bu sayı da bir platoya erişir Karotenoid bileşimi yapraklarınkine çok benzer bir tablo gösterir, rengi açık yeşile dönerken kloroplastlar ve klorofil azalmaya başlar
Ancak farklılaşmadan yaşlanma dönemine geçişle birlikte kloroplastların bozunması ve kromoplastlara dönüşmesi ile klorofiller klorofilaz enzimince parçalanır Büyüme hormonu / inhibitörü dengesinin değişmesi ile başlayan ihtiyarlama - senesans döneminde ise bu dönemin hidrolitik enzimleri aktive olur, otoliz başlar ve özgül proteazlar, nükleazlar, sellülazlar, peroksidazlar, oksidazlar gibi oksidasyon ve hidroliz enzimleri hücre yapısını bozmaya başlar
Olgunlaşma - yaşlanma döneminde karotenoid metabolizmasının fotosentetik mekanizma tarafından kontrolu zayıfladığından karotenoidler artar Bu gelişmenin tipik örnekleri Capsicum annum v Lycopersiciforme rubrum, Cotonoaster ve Lonicera türlerinin meyvalarında çok net görülür
Gelişen meyvada nadir olarak a - karoten görülür ve genellikle lutein ağırlıklıdırlar, bazen çok yüksek oranda b - karoten ve az olarak da a - karoten bulunur Ksantofil sentezine ise hiç rastlanmaz
Oksidativ olmayan yollardan asiklik likopen ve öncüleri olan fitoen ile fitofloen sentezi yanında b-karotenin varlığı ise meyvalarda sık rastlanan bir tablodur ve ticari domates iyi bir örneğini oluşturur
Bu kompozisyonla ilgili önemli bir tablo da sentez mekanizması ve ürünlerinin büyüme, gelişme sıcaklığına bağlılığıdır Domateste bu kritik sıcaklık 30 derecedir:
Bu sıcaklığın üzerinde likopen sentezi reverzibl şekilde inhibe olur fakat b-karoten sentezi etkilenmez
B geni içeren tarımsal formlarda b-karoten düzeyi normal domateslerin likopen düzeyine erişirken likopen de azalma gösterir Bu tarımsal çeşitlerde de b-karoten sentezi sıcaklığa duyarlıdır
5, 6 - epoksitlerin 5, 8 - epoksitlere dönüşümü asidik ortamda kolayca yürüyen bir tepkimedir ve olgunlaşma sırasında kromoplastlardaki organik asit birikiminin sonucudur Nitekim, turunçgil meyvalarında da benzeri durum görülür Yafa portakalında, pembe greypfrutda likopen perikarptaki kromoplastlarda bulunduğundan meyvanın sıkılıp süzülen suyuna geçmez ve filtratda pembe renk görülmez
Sonbaharda yaprakların dökülme öncesinde kloroplastlarında da karotenoidler benzeri mekanizma ile okside olur ve epoksidler oluşur Tam parçalanma öncesinde meyvalarda ksantofiller de esterleşirse de kloroplastlarda bu olmaz Kloroplastlarda klorofilaz etkisi ile klorofil kaybından sonra estsrlsşme olur
Sonuç olarak karotenoidlerin fizyolojik koşullarla yakından ilişkili olan kompozisyonları nedeniyle taksonomik karakter olarak değerlendirilmelerinde çok dikkatli olunması gerektiği söylenebilir Ancak Rosa türlerindeki rubiksantin, Taxus türlerindeki rodoksantin, bazı Capsicum türlerindeki kapsaksantin ve kapsorubin gibi bazı ilişkiler netlik gösterir
FOTOSENTETİK OLMAYAN DOKULARDAKİ DAĞILIM
Karotenoid sentezi ve depolanması yüksek bitkilerin çiçek ve meyvalarında olur ve taksonomik açıdan çok önemli olan bu organların önemli karakteristikleri arasında yer alır
Meyvaların karotenoid kompozisyonu ömürleri boyunca değişimler gösterirse de bu açıdan yedi temel grupta değerlendirilebilirler
1) İz miktarda karotenoid içerenler, 2) Kloroplastlarınkine benzer kompozisyonu olanlar, 3) Asiklik likopen karoteni ile fitoen, fitofluen, z karoten, nörosporen gibi kısmen doymuş öncülerinin hakim olduğu tipler, 4) b - karoten ile birlikte veya yanlızca türevleri olan 3 – hidroksi - b - karoten, yani kriptoksantin ve 3, 3 – dihidroksi - b - karoten, günlük adıyla zeaksantin içerenler, 5) Bol miktarda epoksitleri sentezleyip depolayanlar, 6) Kapsantin, rubiksantin, rodoksantin ve rubiksantin gibi nadir karotenoidleri olanlar ve en son, 7 olarak da poli cis- karotenler grubundan pro-g-karoten ve prolikopen gibi pigmentleri bulunanlar
Bazı durumlarda bir cinsin türlerinin aynı karotenoid kompozisyonuna sahip olduğu görülür Örneğin üçer Rosa, Cotoneaster ve ikişer Lonicera, Berberis türlerinde aynı denecek ölçüde benzer karotenoid kromatogramları elde edilmiştir:
Yalnız, bu örneklerden Rosa dışındakilerin tablolarına çok benzer tablolara başka ordolarda tür düzeyinde bile rastlanabilmesi bu kemotaksonomik karakterin tek başına karakterizasyon için yetersiz kalmasına neden olmaktadır Ancak rubiksantinin hakim olması bir Rosa türünün belirlenmesinde büyük ölçüde yeterli olabilirse de aynı şey Rosaceae için geçerli değildir
Cotoneaster, Crataegus, Pyracanth türleri ve Sorbus aucuparia Rosaceae familyasının rubiksantin sentezlemeyen üyeleridir
Aynı cinsin türlerinde de farklı tablolar görülebilmektedir, örneğin Solanaceae ve Caprifoliaceae’de bu durum görülür Ancak Eleagnaceae’de oldukça kararlı bir tablo görülür
Taksonomik değerlendirmede ise bu tablolardaki bilgiler çok değerli değildir, çünki Cotoneaster bullata’daki orokrom dışındaki pigmentler iki Lonicera ve çeşitli Berberis türlerinde de vardır Ayrıca bu üç türdeki pigment kompozisyonlarına benzer tablolar diğer bazı ordoların cins ve türlerinde de bulunmuştur
Aynı cinsin türlerindeki açılıma iyi bir örnek ise Pyracantha’dır Avrupa’daki türleri olan P rogeriana ve P coccinea meyvaları kayda değer miktarda karotenoid içermezken P flava 4 Grup özellikleri taşır, bolca miktarda b-karoten türevlerini içerir Amerika kıtasına has olan P augustifolia ise karakteristik olarak yüksek oranda prolikopenlere sahiptir Benzer şekilde Amerika ve Avrupa kökenli Mimulus türleri olan M longiflorus petalleri bolca g-karoten ve 2 derecede de likopen içerirken eski dünyalı M cupreus b-karoten ve Mtigrinus da ksantofiller ve özellikle de kriptoksantin ile taraksantince zengindir
|