I criptocromi (CRY) sono fotorecettori della luce blu (400-499 nm) che regolano la crescita e lo sviluppo nelle piante e l’orologio circadiano nelle piante e negli animali
I criptocromi (CRY1, CRY2) sono proteine che appartengono alla superfamiglia delle flavoproteine derivati e strettamente correlati alle fotoliasi. Questi ultimi sono enzimi attivati dalla luce e coinvolti nella riparazione del danno al DNA indotto dai raggi U.V.
Svolgono funzioni nella regolazione delle risposte delle piante, come fioritura fotoperiodica, sviluppo delle radici, risposte ai patogeni batterici e virali e l’apertura stomatica.
Sebbene Charles Darwin abbia documentato per la prima volta le risposte delle piante alla luce blu nel 1880, è stato solo negli anni ’80 che la ricerca ha iniziato a identificare il pigmento responsabile
Struttura
La maggior parte dei criptocromi è composta da due domini, una regione correlata alla fotoliasi (PHR) amminoterminale e un dominio carbossiterminale. La regione PHR sembra legare due cromofori che assorbono la luce. Un cromoforo è la flavina adenina dinucleotide (FAD) e l’altro 5,10-metiltetraidrofolato (MTHF).
Si ipotizza che i fotoni eccitino gli elettroni della molecola di flavina, provocando una reazione redox e cambiamenti conformazionali dei fotorecettori
I criptocromi fotoeccitati sono fosforilati e adottano una conformazione aperta, che interagisce con le proteine partner di segnalazione. Si ha così una alterazione dell’espressione genica sia a livello trascrizionale che post-traduzionale e di conseguenza i programmi metabolici e di sviluppo delle piante.
I segnali luminosi sono percepiti e trasdotti da almeno quattro classi specializzate di fotorecettori: i criprocromi che rilevano la luce blu, le proteine UV-A percepiscono anche la luce blu, i fitocromi rilevano principalmente la luce rossa e la luce rossa lontana, mentre la proteina UVR8 rileva la luce UV-B.
Funzioni dei criptocromi
I CRY sono una delle varie classi di fotorecettori identificate nelle piante superiori. Sono attivati dalla luce blu e svolgono un ruolo fondamentale nella crescita e nello sviluppo delle piante. Sono i primi recettori della luce blu delle piante ad essere caratterizzati a livello molecolare. Sono stati scoperti per la prima volta nella pianta Arabidopsis . Poco dopo, i CRY sono stati trovati anche in altri ambienti, come insetti e mammiferi, che agiscono come fotorecettori, regolatori trascrizionali o parti integranti dell’oscillatore circadiano.
Strutturalmente, tutti i CRY sono flavoproteine globulari con sequenze altamente conservate che condividono un’elevata omologia strutturale con quella della DNA fotoliasi dipendente dalla luce, che è considerata il suo antenato evolutivo.
Le risposte alla luce mediate dai criprocromi nelle piante includono: trascrizione genica fotosensibile, meccanismo di temporizzazione interno, inibizione della germinazione dei semi dormienti, stimolazione dell’espansione del cotiledone , accumulo di antociani , sviluppo dei cloroplasti, crescita delle radici, apertura degli stomi, regolazione dell’elusione dell’ombra,, controllo della morte cellulare programmata, promozione dell’iniziazione floreale, regolazione dello sviluppo del frutto e composizione metabolica, senescenza fogliare, fototropismo.
Orologio cicardiano
Diversi organismi hanno sviluppato un meccanismo di temporizzazione interno noto come orologio circadiano. Esso consente di anticipare e allineare i processi biologici con questi ritmi quotidiani. Gli orologi circadiani quindi forniscono agli organismi la capacità di sincronizzare le loro risposte fisiologiche interne con l’ambiente esterno con un processo che avviene attraverso la percezione di stimoli interni ed esterni.
Nella maggior parte degli organismi viventi, comprese le piante, la percezione degli stimoli luminosi è essenziale. Nelle piante, l’orologio circadiano controlla un’importante serie di processi tra cui la fotosintesi, la termomorfogenesi, la segnalazione ormonale, la risposta allo stress biotico e abiotico e il tempo di fioritura .