Canlılardaki “ince ayar” istatistiksel yöntemlerle gözler önüne serildi!

BİLİM | BETÜL GÜL 

Eylül ayında, dünyanın önde gelen akademik dergilerinden Journal of Theoretical Biology, Norveç’in Tromsø Üniversitesi’nden bilgi bilimi profesörü Steinar Thorvaldsen ve Stockholm Üniversitesi’nden matematiksel istatistik profesörü Ola Hössjer’in geleneksel Darwinci düşünceye karşı çıkan bir makalesini yayımladı. Thorvaldsen ve Hössjer, makalelerinde fiziğin temel sabitlerinin değerlerindeki “ince ayarın” çok ilgi gördüğünü, fakat moleküler biyolojideki ince ayarın fazla dikkate alınmadığını ifade ediyor. Biyolojik sistemlerde de ince ayar görüldüğünü belirten bilim insanları, hücrelerdeki kompleks makineleri, fonksiyonel proteinleri, hücresel ağları örnek veriyor ve rastlantılar sonucunda oluşamayacaklarını göstermek için istatistiksel yöntemleri kullanıyor.

Bu makaleden daha fazla söz etmeden önce hücrelerimizdeki müthiş makinalardan biraz bahsedelim. Yakın bir geçmişte, Harvard Üniversitesi’nden Prof. Jack Szostak ve Dr. Alonso Ricardo Scientific American dergisi için kaleme aldıkları makalelerinde şu sözlere yer vermişti: “Her hücre, en basit bakteri bile her nanoteknoloji mühendisinin gıpta edebileceği makinalarla dolu. Bu makinalar genetik molekülleri kesiyor, yapıştırıyor, kopyalıyor; besinleri oradan oraya taşıyor veya enerjiye dönüştürüyor; hücre zarı yapıyor ve onarıyor; mekanik, kimyasal veya elektrik mesajlar iletiyor. Liste uzayıp gidiyor ve sürekli yeni keşifler ekleniyor.”

Kasların hareket ettirilmesinden hücre bölünmesine kadar birçok işi yapan moleküler makinalardan bazıları da hücre içinde kargo taşıyor. Mesela Myosin V adım atan iki bacaklı bir motor protein. Kendi ağırlığının bin katından fazlasını taşıyabiliyor! İnsan gibi adım atarak yürüdüğünü Illinois Üniversitesi’nden Prof. Paul Selvin’in araştırma grubundan Ahmet Yıldız keşfetmişti. Prof. Selvin, “myosin bizim yürüdüğümüz gibi yürüyor, ama 74 nanometrelik adımlarla; bu bizimkinden 10 milyon kat daha küçük,” diyor. Kinesinler de mikrotübül denilen “hücre yollarında” birbiri ardına adım atarak yürüyor. Hatta koşuyor desek daha uygun olur. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nün açıklamasına göre, saniyede 100 adım atabiliyorlar. Myosin de, kinesin de kargo taşıma görevleri bitince katlanıp küçülüyor!

Kargo taşıyan motorların binlercesi aynı anda “yollarda” olduğu halde, hücre içi nakil işlemlerinin çok koordineli ve çok hızlı bir şekilde gerçekleştiği belirtiliyor. 2013’te akademik dergi Cell’de yayımlan bir araştırma, dynein adlı kargo taşıyıcılara dair ilginç bir gerçeği açığa çıkardı. Yapılan deneylerde, önde yürüyen dyneinlerin yükleri artırıldığında adımlarını küçülttükleri, böylece arkadan gelen dyneinlerin onlara yetişip yakınlaşarak destek olduğu görüldü! Münih Teknik Üniversitesi’nden Prof. Matthias Rief “Bir moleküler motor açılıp kapatılabilmeli; belirli bir bölgede ihtiyaç olan yükü teslim alabilmeli ve varış yerine teslim edebilmeli,” diyor ve bütün bu fonksiyonların bir molekülde birleştirilmiş olmasının etkileyici olduğunu ifade ediyor.

Hücrenin “çöp öğütücüsü” proteasome bile kompleks bir makine. Zarar görmüş, ya da görevi bitmiş proteinleri parçalara ayıran proteasome, ayak pedalıyla açılan çöp kovasını andırıyor. Parçalanması gereken proteinler önceden etiketleniyor. Etiketler, proteazomun üstündeki “barkod okuyucuların” imha edilecek parçaları tanımasını sağlıyor! “Kapak” açılıyor, protein içeri alınıyor ve parçalanıyor. Tüm bu makinalar ve dahası DNA molekülünün parçaları olan genlere göre üretiliyor. Genler proteinlerin “yapım planları”. Proteinler ise, hücrelerin yapıtaşlarını oluşturan ve makina gibi faaliyet göstererek hücre işlevlerinin çoğunu yerine getiren moleküller. İnsan Genomu Projesi’nin yöneticiliğini yapan dünyaca ünlü genetik uzmanı Dr. Francis Collins, DNA’nın ne kadar olağanüstü özellikleri olduğunu bilen bir kimyacı olarak DNA’ya hayran olduğunu söylüyor. “DNA hücre çekirdeğinde bulunan bir bilgisayar programı gibi düşünülebilir, alfabesinde dört harf olan bir şifre diline sahip” diyor Collins. Şifreler, DNA’nın çift sarmal yapısındaki adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozin (C) adlarındaki dört kimyasalın dizilişinde saklı. Tek gen, yüzlerce ya da binlerce “harften” oluşabiliyor.

Peki program nasıl işliyor? Özetle şöyle: Önce, helikaz adlı enzim DNA’nın iki sarmalını ayırıyor. Ardından genin şifrelerinin bir çeşit kopyası çıkarılıyor. Daha sonra, haberci RNA  kopyayı hücre çekirdeğinden dışarı çıkarıyor ve protein fabrikası olan ribozoma giriyor. Bu aşamada şifreler çözülüyor. Harfler üçer üçer “okunuyor” CGA, arginin adlı amino asitin şifresi, CAC histidin adlı amino asitin… Protein üretiminde kullanılan 20 çeşit amino asit var. Taşıyıcı RNA’lar amino asitleri ribozoma getiriyor ve her biri, taşıdığı amino asitin karşılığı olan şifreye geçici olarak bağlanıyor. Sonuçta arka arkaya eklenen amino asitlerden bir zincir oluşuyor!

Amino asitlerin değişik kombinasyon ve sayılarda kullanıldığı zincirler üç boyutlu yapılara bürünüyor. Buna “protein katlanması” deniliyor. Amino asit dizilişleri, proteinlerin şekillerini ve işlevlerini belirliyor. Amerika’nın North Carolina Üniversitesi’nden Prof. Paul B. Kelter ve Prof. James D. Carr, 100 amino asitli küçük bir proteindeki amino asit dizilişinin olabilecek trilyonlarca farklı dizilişten biri olduğunu belirtiyor ve bu sayının ne kadar fazla olduğuna dair fikir vermek için şu örneği veriyor: “Bir kutuya her dizilişi temsil etmesi için bir molekül atsaydık, kutunun hacminin evrenin bilinen hacminden daha fazla olması gerekirdi.” Bilim insanları sözlerinin devamında, proteinlerdeki amino asit dizilişinin ne kadar özel olduğunu vurguluyor.

Bir moleküler makine çok sayıda proteinden oluşabiliyor. Mesela, “çöp öğütücü” proteasomelar 60’dan fazla proteinden meydana geliyor. Florida Eyalet Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden Dr. Robert Tomko, montaj şaperonları denilen proteinlerin fabrika işçileri gibi hareket ederek proteazomları inşa ettiklerini söylüyor. Eylül ayında Münih Üniversitesi’nden yapılan açıklamada, protein fabrikası olan ribozomların bile kısmen proteinlerden oluştuğu ve ribozomların yapımının son derece karmaşık, çok adımlı bir süreç olduğu belirtildi. California Teknoloji Enstitüsü’nden (Caltech) kimya profesörü André Hoelz bu durumu, “ribozom montajı, her şeyin belirli bir sırayla gerçekleştiği dinamik bir süreç,” sözleriyle ifade ediyor. Caltech’den yapılan açıklamada da şu sözlere yer veriliyor: “Ribozomun kompleks mekanizmasına ait her proteinin, onu doğru zamanda doğru yere yönlendirecek ve onu zarardan koruyacak kendine ait bir şaperonu var.” Prof. Hoelz ve öğrencisi Ferdinand Huber, X-Işınları Kristalografisi tekniği ile bir ribozom proteininin yapısını ve onu tam zamanında ribozom montaj alanına getiren şaperonunun yapısını inceledi. Huber şöyle söylüyor: “Yapıyı çözmek inanılmaz derecede heyecan vericiydi çünkü şaperonun ribozomal proteini korumak için nasıl kucakladığını ilk defa gözlerinizle görebiliyordunuz.” Ribozomun yapısında 80 kadar protein bulunduğu, 200’den fazla proteinin de “montaj” sürecini yönlendirip ve düzenlediği belirtiliyor!

Prof. Thorvaldsen ve Prof. Hössjer, en başta söz ettiğimiz yeni makalelerinde proteinlerin nadiren tek başlarına çalıştıklarını, çok çeşitli biyolojik işlevleri yerine getiren moleküler makinelerin protein komplekslerinden oluştuğunu belirtiyor. Bilim insanları, makalelerinde kimyager Dr. Douglas Axe’in ilginç çalışmalarından da söz ediyor. Doktorasını California Teknoloji Enstitüsü’nde tamamladıktan sonra Cambridge Üniversitesi ve Cambridge Medical Research Council Center’de çalışmalar yapan Dr. Axe, sadece 150 amino asitten oluşan küçük bir proteinle deneyler yaptı ve sonuçlarını Journal of Molecular Biology’de yayımladı. Dr. Axe’ın deneyleri, rastgele genetik değişimlerle bu protein gibi işlev görecek bir proteinin oluşma ihtimalinin en fazla 1050′de 1 olduğunu gösterdi. Başka ifade ile 100000000000000000000000000000000000000000000000000’de 1.

Düşünün ki bu sadece 150 amino asitten oluşan, küçük bir protein için yapılmış bir hesap. (Kaldı ki, bu tür ihtimal hesapları DNA’nın, RNA’nın zaten var olduğu, işleyen bir protein üretim “fabrikasının” zaten var olduğu farzedilerek yapılıyor.) Peki ya ribozom, proteazom gibi çok sayıda parçadan oluşan, “monte edilen” makinaların meydana gelmesi? Peki, son derece kompleks hücresel ağların oluşması? Ya, Dünya’nın tüm ömrü boyunca, bu kadar canlı çeşitliliği içinde bütün doğru sentezlenen proteinler?

Her canlının vücudu koordineli çalışan bir sistem. Tek bir gen değil sadece bir canlının sistemini, Dünya sistemini bile etkileyebilir. Bu süreçlerde tesadüfün yeri nasıl olabilir?

***

“… Çünkü, bu kadar basîrâne nazik san’at ve şuurkârâne ince hikmet ve müdebbirâne tam muvazeneye, elbette kör kuvvet ve şuursuz tabiat ve serseri tesadüf karışamazlar ve onların işi olamaz ve mümkün değildir. Ve kendi kendine teşekkül edip öyle olması ise, yüz derece muhâl içinde muhâldir.

Çünkü, o halde her bir zerresi, her bir şeyini ve cesedinin teşekkülünü, belki dünyada alâkadar olduğu her şeyini bilecek, görecek, yapabilecek, âdeta ilâh gibi ihatalı bir ilim ve kudreti bulunacak, sonra teşkil-i ceset ona havale edilir ve ‘kendi kendine oluyor’ denilebilir.” (Risale-i Nur Külliyatı, 3. Şua)

2 YORUMLAR

YORUM YAZIN

Lütfen yorumunuzu yazın
Lütfen isminizi girin