Başdöndürürcü Laboratuar:Hücre

Canlının en küçük birimini oluşturan hücre ve bunun içinde cereyan eden olaylar bugün için en çok araştırılan hadiselerdendir. Hücre içinde meydana gelen kompleks olaylar sırasında gerekli olan enerjinin, çevresinden ne şekilde sağlandığı, hücre içine alınan maddelerin yeni moleküllere nasıl dönüştürüldüğü ve basit maddelerden daha karmaşık maddelerin nasıl yapıldığı, üzerinde en fazla durulan konular arasındadır. Bütün bu olup bitenlerde bir tesadüfîlik veya düzensizlik ve herhangi bir verimsizlik söz konusu olmadığı gibi, muhteşem bir düzen ve azami verimlilik görülmektedir. Mesela, canlı organizmanın biyomolekülleri arasında moleküler karmaşıklık yönünden bir hiyerarşi söz konusudur. Vücuda aldığımız bir protein, hiçbir zaman olduğu gibi kullanılmaz. Önce en küçük birimlerine, amino asitlerine ayrılmaktadır. Ayrı amino asitlerden ise vücudun kendi ihtiyacı olan proteinler yeniden sentezlenir. Yani küçük moleküllerden büyük moleküller meydana gelir. Bütün biyomoleküller basit, küçük molekül ağırlıklı öncül maddelerden oluşmaktadırlar. Bu oluşum bir sıra düzen içerisinde cereyan eden metabolik olaylarla daha karmaşık, büyük moleküllerin meydana gelmesi şeklinde devam eder. İşte buna hiyerarşi denilmektedir. Hücredeki bütün biyomoleküller arasında bu hiyerarşi mevcuttur.

Her türlü işin yapılabilmesi için mutlaka enerjiye ihtiyaç vardır. Hücre içinde de birçok işler yapılmaktadır. Hücreyi bir termodinamik sistem olarak düşündüğümüzde onun Açık Sistem olduğunu görürüz. Çünkü hücre, etrafından madde ve enerji alır. Kapalı sistemlerde dışarıdan enerji girişi olmazsa sistemin kendini devam ettirmesi mümkün olmaz ve bir müddet sonra entropi ortaya çıkar ve sistem dağılarak, bozulur. Bu açıdan bakıldığında hücreyi ister açık, isterse kapalı sistem olarak kabul edelim; hayat denilen mucizevî hadisenin, canlılığı bozucu fizik olaylarına rağmen sonsuz bir ilim ve irade ile sürdürüldüğü anlaşılır.

Canlı hücrelerden yapılmış izotermal sistemlerin her tarafında sıcaklık sabit ve basınç aynıdır. Çevreden aldıkları enerji kimyevi enerjiye dönüştürülür. Kimyevi enerji de hücre bileşenlerinin sentezinde yer alan kimyevi reaksiyonları icra etmek için kullanılır. Yine bu enerji hücre içinde maddelerin taşınmasında, hareketlenmesinde ve kasılma işlerinde sarf edilir. Bu bakımdan hücreler kimyevi motorlar gibidirler. Gerekli enerji, radyant enerji dışında hep biyomoleküllerden sağlanır. Enerji bakımından zengin olan biyomoleküllerin parçalanması ile enerji açığa çıkar. Mesela, glikozun karbondioksit ve suya dönüşmesi ile açı- çıkan enerjinin bir kısmı depolanarak muhtelif hücre işlerinde kullanılır. Bu depolamanın da yine hücre içindeki Adenozin trifosfat (ATP) olarak bilinen moleküller vasıtasıyla yapıldığı bilinmektedir. ATP’ler gerekli olduğunda muhafaza ettikleri enerjiyi vererek adenozin difosfat (ADP) şekline dönüşürler.

REAKSİYON HIZI VE VERİMLİLİK

Kimyevi reaksiyonların meydana geldiği yer olması bakımından hücre bir tepkime (reaksiyon) kabı olarak düşünülebilir. Bu kabın içinde meydana gelen tepkimelerin hızı çok önemlidir. Bunların oluşmasını hızlandıran maddelere “katalizör” denilmektedir. Katalizör görevi yapan bu maddeler hücredeki enzimlerdir. Hücredeki her bir kimyevi reaksiyonu katalize eden (hızlandıran) enzimler farklı farklıdır. Bunlar reaksiyonları son derece hızlandırırlar. Karmaşık reaksiyonların saniyelerle ifade edilen zaman içinde gerçekleşmesini sağlarlar. Aynı reaksiyonlar laboratuar ortamında gerçekleştirilmeye çalışıldığında saatler, günler, haftalar veyahut aylar gerekebilir. Hücre içinde cereyan eden reaksiyonların bir diğer kayda değer özelliği de yüksek verimle meydana gelmeleridir. Yan ürünlerin oluşması yok denilecek kadar azdır.

REAKSİYONLARIN KENDİ KENDİNE KONTROLÜ

Canlı hücre içinde moleküller arasında cereyan eden reaksiyonların kontrolü çok önemlidir. Hücre içine bu reaksiyonları kontrol eden öyle sistemler yerleştirilmiştir ki, en modern bilgisayardan daha mükemmel çalışırlar. Mesela hücre içinde bir proteinin amino asitlerden sentezinin yanında binlerce tipteki proteinlerin yapımı gerçekleşir. Bunların laboratuar ortamında yapılabileceğini bir an düşünelim. Çok usta kimyacılar, çok pahalı kimyevi maddeler ve yine çok pahalı cihazlar gerekir. Kısaca mükemmel bir laboratuar gereklidir. Her bir reaksiyon için ayrı ayrı sıcaklık ve basınç gibi özel şartları da sağlamak gerekecektir. Yine bu reaksiyon için aylarca zamana ihtiyaç olacaktır. Eğer gerçekleştirilen reaksiyon sonucu elde edilen ürünün sentezi sürekli olursa bir yığılma, birikme de meydana gelir. Hâlbuki canlı hücrede bu reaksiyonları kontrol için “feedback inhibisyon” (geri-beslemeli kontrol) denilen ayarlama sistemi mevcuttur. Hücrede bir ürün kâfi miktarda ise onun gerçekleşmesi için gerekli reaksiyonu katalizleyen enzimin sentezini durduran (turn off) bir sistem mevcuttur. Kısaca hücreler azami ekonomiyi ve işlevi başarmak için enzimlerin biyosentezini ve metabolik reaksiyonları ayarlama kapasitelerine sahiptirler. İşte bu sistemlerin kendi kendini ayarlaması ve kontrol etmesi olayına “self regulasyon” denilmektedir. Bütün bu olayların hepsinin 10–120 mikrometre yarıçaplı bir hacim içerisinde gerçekleştiğini düşünürsek olayın mükemmelliğini anlamak çok zor olmasa gerek. Bu kadar küçük bir alanda mükemmel bir şekilde meydana gelen binlerce olayın en küçük bir arızasında bile hastalıkların meydana geldiğini düşünsek, bu çalışmaların ne kadar başdöndürücü bir mükemmellikte idare edildiği anlaşılır. Çok ince hesapları ve son derece özel şartları gerektiren bütün bu olayların her an vücudumuzdaki 75–100 trilyon hücre içinde cereyan ettiğini hiç düşünüyor muyuz?