Fluorescence based detection of magnetic fieldeffect on photolyases and flavin containingsolutions

Kuşların yön bulma mekanizmalarının dünyanın manyetik alanına bağlı olduğu bilinse de, birincil sensörün ne olduğu hala bir tartışma konusudur. Bu konuda başta gelen hipotezlerin biri radikal çiftlerinin manyetik alana karşı duyarlılığına dayanmaktadır. Bu modele göre, cryptochrome ya da photolyase gibi fotoaktive proteinlerin içinde, foton soğurulması ve elektron transferi ile flavin-tryptophan (Trp) radikal çiftleri oluşturulabilir. Oluşan bu radikal çiftlerini tekli ve üçlü (singlet ve triplet) durumlar arasında dışarıdaki bir manyetik alana duyarlı koherent bir döngüye girerler. Manyetik alan etkisini gözlemlemek için ağırlıklı olarak soğurma (absorbsiyon) spektroskopisi kullanılabilir. Fakat bu teknik örneklerin yüksek konsantrasyona sahip olmasını gerektirir. Buna ek olarak, farklı oryantasyona sahip moleküllerin manyetik alana verdigi tepki tek tek ölçülemez, sadece bu tepkilerin ortalaması gözlemlenebilir. Son zamanlarda soğurma spektroskopisine alternatif olarak floresan temelli bir yaklaşım ortaya konuldu. Bu metot daha hassas ölçümler yapabilir ve deneysel olarak gerçekleştirilmesi daha kolaydır. Bu tezde, manyetik alanın flavin molekülü içeren çözeltilerdeki ve photolyase proteini üzerindeki etkisini floresan bazlı deneyler kullanarak saptandı. 28 mT manyetik alan varlığında, 1 µM flavin adenine dinucleotide (FAD) ve 300 µM Trp içeren çözeltilerin -%5.5 e varan manyetik alan etkisi gösterdiğini gördük. Bu çözeltiler kullanılarak çözeltinin pH değeri, lazer gücü ve manyetik alanin gücü gibi parametrelerin manyetik alana karşı duyarlılıktaki rolü araştırıldı. Floresan bazlı deneyler, protein çözeltileri için de yürütüldü. 170 µM Vibrio cholerae photolyase (VcPHR) ve 166 µM Escherichia coli photolyase (EcPHR) için sırasıyla -%1.34 ve -%1.01 manyetik alan etkisi ölçüldü. Buna ek olarak, kuantum koherensi anlamak için simulasyonlar yapıldı ve bu konseptin floresan bazlı deneyler ile gözlemlenmesi tartışıldı. Son olarak, floresan bazlı deneylere bir geliştirme olarak fotoaktive proteinlere ve flavin molekülüne boya bağlamayı önerdik. Förster rezonans enerji transferi (FRET) olarak bilinen bu teknikte boya molekülleri alıcı olarak davranırlar. Boylece tekli ve üçlü durumların azalım hızı arttırılarak, manyetik alan etkisi daha yüksek hassaslıkta gözlemlenebilir.