Hayatın Legoları "Molekül Dünyasında Muhteşem İcraat"

Selim Aydın

Canlıların biyolojik yapısının temelinde karbon elementinin kendisiyle ve diğer moleküllerle yaptığı sonsuz denebilecek sayıda çeşitliliğe sahip olabilen kimyevi bileşikler bulunmaktadır. Biyomoleküller, makromoleküller veya biyopolimerler olarak isimlendirilen bu kimyevi bileşiklerin teşekkülü ve uzaydaki üç boyutlu yapıları, canlı sistemdeki bir bilginin karşılığıdır. Çünkü bu moleküllerin birbirlerini tanıma, birbirlerinden hoşlanma veya birbirlerini sevmeme gibi özellikleri vardır. Atomların ve moleküllerin bu mânâda kişilik özellikleri denebilecek vasıfları, onların hangi çevre şartlarında, kimlerle, nasıl ve ne şekilde bir bileşik teşkil edeceğini belirler.

Canlıların inşasında yapı taşları olarak kullanılan elementler, bugün kabul edilen görüşe göre ilk önce inanılmaz sıcaklık ve basınç altındaki “yıldız fırınlarında” pişirilmiş ve bir seri değişime maruz kaldıktan sonra yer küredeki formüllerini almışlardır. Yerküremizde bulunan elementlerden karbona ve suya verilen eşsiz özellikler, yeryüzünde karbon temelli canlı varlıkların inşasını mümkün kılmıştır. Uygun şartlar altında karbon ve diğer elementler, değişik şekillerde biraraya gelip sınırsız denebilecek sayıda yeni terkipler meydana getirebilirler. Hayatın kimyevi molekülleri, karbon, hidrojen, oksijen, fosfor, azot ve kükürdün farklı şekil, sayı ve sırada düzenlenmesiyle yaratılır. Karbon elementinin temel özellikleri bu bileşiklerin oluşturulmasında oldukça belirleyici rol oynar. Karbon atomuna dört çeşit bağ oluşturabilme özelliğinin verilmesi hayat mucizesi içindeki en önemli faktörlerden biridir. Bu bağların herbiri verici ve alıcı olabilir. Karbon atomu zincir oluşturma kapasitesi bakımından çok zengin bir element olduğundan hidrokarbonlar denilen kısa veya uzun karbon zincirleri oluşturabilirler. Karbon atomu dört adet hidrojen bağlarsa metan gazı (CH4) oluşur. Metandaki hidrojen atomları oksijenle yer değiştirirse karbondioksit (CO2) meydana gelir. Hidrojen atomları kükürt ile yer değiştirirse uçucu ve zehirli bir sıvı olan karbon disülfit (CS2) meydana gelir. Hidrojen atomları klor ile yer değiştirirse, karbon tetra klorür (CCI4) oluşur. Hidrojen yerine flor atomları gelirse florokarbon bileşikleri meydana getirilir. Bugün mutfaklarda kullanılan teflon kaplamalı tencerelerdeki teflon, bir florokarbon reçinesidir. Herbiri üçer adet hidrojen bağlamış iki karbon atomu biraraya gelirlerse etan isimli molekül ortaya çıkar. Oluşan karbon zincirleri, sadece düz çizgi şeklinde olmayıp, dallanmış ve halka yapısında da olabilir. Bu ise inanılmaz sayıdaki organik çeşitliliğin bir başka kaynağının perde önündeki sebebidir. Karbon zincirinden oluşan halkalar, üç, dört, beş, altı ve daha çok karbondan oluşabilir. Karbon zincirlerindeki karbon atomlarına değişik fonksiyonel molekül grupları takılarak ortaya çıkarılacak çeşitlilik daha da zenginleştirilir. Karbon, oksijen, hidrojen, fosfor ve kükürt elementlerinden oluşan bu fonksiyonel gruplardan bazılarını belirtmek gerekirse, hidroksil grubu(OH), karboksil grubu (COOH), metil grubu (CH3), amino grubu (NH2), fosfat grubu (PO4), karbonil grubu (CO) ve sülfidril grubu (SH) ilk akla gelen fonksiyonel gruplardır. Metan molekülündeki bir hidrojen, hidroksil grubu ile yer değiştirirse, metanol isimli optik siniri tahrip edici alkol oluşur. Metanolü alkollü içeceklerdeki etanole dönüştürmek için hidrojenleri olan bir karbon (metil grubu) ilave etmek gerekir. Etil alkole bir oksijen veya karboksil grubu ilave ettiğimizde sirke asitini elde ederiz. Sirke asitine bir azot veya amino grubu ilave ettiğimizde proteinlerin yapıtaşı olan aminoasitler elde edilir. Metan molekülüne veya sirke asidine karbon zinciri ve zincirin bir ucuna da karboksil grubu ilave edilerek yağ asitleri meydana getirilir. Görüldüğü gibi atomların yapı ve sırasındaki küçük bir değişiklik onların özelliklerinde büyük değişikliğe yol açar. Bütün bunlar canlı sistemlerin kolaylıkla bozulabileceğini ve hayatın düzeninin çok ince şekilde ayarlanmış şartlarda ortaya çıktığını ve devam ettiğini göstermektedir. Yaratılışın sebepler planında bir şeyden her şey veya herşeyden bir şey yapılarak gerçekleştiğinin bir delili olan bu moleküllerin farklı şekillerde biraraya getirilişini şu örnekle akla yakınlaştırmak mümkündür. Nasıl bir binanın yapılması için tuğla, çimento, demir ve su gerekliyse ve farklı şekil ve mimari fonksiyona sahip binalar, bu temel maddelerin farklı şekillerde birleşiminden ve sıralanmasından kaynaklanıyorsa, benzer şekilde, yeryüzündeki bu göz kamaştırıcı canlı çeşitliliği ve düzenlilik çok az sayıdaki elementin (karbon, hidrojen, oksijen, fosfor, azot ve kükürdün) birbiriyle karıştırılarak eklenmesinden ve uzayda sonsuz sayıda şekiller kazandırılmasıyla meydana getirilmektedir. Hayatın sürekliliği ise bu moleküllerin sürekli yap ve boz mekanizmalarıyla değişim ve dönüşüme tabi tutulmasıyla sağlanmaktadır. Çocukların oynadığı lego oyunu da yeryüzündeki sonsuz sayıdaki çeşitliliğin nasıl çok az sayıdaki molekülden oluşturulduğuna güzel bir kıyaslama olabilir. Nasıl ki çocuklar belli sayıdaki plastik lego taşlarını değişik şekillerde, sayı ve sırada birbirlerine ekleyerek hayal güçleriyle sınırlı olan çeşitli nesneleri yap-boz tekniğiyle yapabilirler. Aynen öyle de Rahmeti Sonsuz, çok az sayıdaki maddeyi (eskilerin ifadesiyle ateş, su, hava ve toprak, günümüzdeki ifadesiyle, karbon, oksijen, hidrojen ve azot veya bir üst seviyede genetik alfabe olan A, T, G, C molekülleri) birbiriyle değişik şekillerde sırada ve sayıda karıştırarak bizleri hayrette bırakan tabiatı ve içindeki canlıları yaratmaktadır. Ayrıca hepimizin bildiği gibi, elmas, grafit ve kömür veya karbon siyahı temelde karbon atomlarının uzaydaki farklı şekil ve düzende biraraya gelmesinden oluşan, ancak özellikleri birbirine hiç benzemeyen üç farklı yapıdır. Açarsak, elmas sertliğiyle, grafit yumuşak pulsu yapısıyla, karbon siyahı da donuk rengiyle karakteristiktir. Bir başka örnek olarak, aspirin, benzin ve vanilin yağı örneğini verebiliriz. Bu üç bileşiğin hiçbir özelliği birbirine benzememesine ve farklı gayeler için kullanılmasına rağmen hepsi, karbon, oksijen ve hidrojen atomlarından yapılmıştır. Bu bileşiklere kendilerine ait farklı özelliği kazandıran şey, bu atomların uzayda farklı sayıda ve sırada dizilişidir. Bütün bu örnekler, bir şeyden çok şeyin nasıl yapılabildiğini gösteren kudret tecellileridir.

Ayrıca karbon temelli bileşiklerden bazılarının yapıları aynı olmasına rağmen uzaydaki duruşları farklılık gösterir. İzomer olarak bilinen bu durum canlılar için oldukça önemlidir. Çünkü canlıların temel metabolizmasında kullanılan moleküllerin belirli bir izomerinin (aynı molekülün uzaydaki farklı duruşları) tercih edilmesi ve biyolojik sistemde kullanılması, hayatın oluşumunda açık bir irade ve kastın varlığını gözler önüne serer. Mesela, glukozun sadece D formundaki izomeri, biyolojik sistem tarafından kullanılabilir. Benzer şekilde C vitamini sentetik olarak canlı dışında yapıldığında, izomerler test tüpünde % 50 oranında bulunurlar. Bu izomerlerin sadece biri biyolojik olarak aktif olduğundan, ilaç olarak satılan C vitamininin %100’ü değil sadece % 50’si vücutta kullanılabilmektedir. Bir cismin hakikisiyle aynadaki görüntüsünün zahiren aynı olmasına rağmen ters oluşu gibi, aminoasitlerde L formunun ve yağ asitlerinde cis-cis izomer formlarının tercih edilmesiyle bu tercihler daha da pekiştirilmiştir.

İnsan bedeninin hayatını sürdürmesi, onun dış çevreden su, hava ve besin almasını gerekli kılmaktadır. Bu besinler içerisinde demir, iyot ve çinko gibi elementlerin yeterli miktarda alınmasının kritik bir önemi vardır. Belirli enzimlerin ve biyomoleküllerin yapısına katılan bu elementler, proteinlerin veya enzimlerin, hormonların iş gören bir şekil almalarına yol açar. Mesela insanlarda görülen guatr hastalığı iyot eksikliğinden kaynaklanır.İyot eksikliği genellikle dağlık bölgelerde daha çok görülür. Çünkü toprakta bulunan iyot gibi iz elementlere ait tuz şeklindeki bileşikler, yağmur suları ile yıkanıp gittiğinden buralarda yetişen sebze ve meyvelerde yeterli iyot bulunmamaktadır. Dolayısıyla bu tür bölgelerde yaşayan insanlar yeterli iyot alamadıklarından tiroid hormonu eksikliğine maruzdurlar. Tiroid hormonu, yapısında iyot elementi taşıyan halka şeklinde bir organik maddedir. Eğer toprakta ve besinde iyot miktarı çok az ise, İnsanların beyinlerinin gelişmesi yavaşlayabilir, hatta durabilir. İyotun ne kadar önemli olduğuna bir başka örnek, su içinde yaşayan kurbağa larvalarının metamorfozunda görülebilir. Metamorfoz geçirerek karaya çıkacak olan larvalar, kuyruklarını kaybederek ergin kurbağa formuna dönüşürler. Bu dönüşüm sırasında salınan tiroid hormonu bacakların gelişmesini uyarır. Tiroid hormonu sentezi engellenirse, su içindeki kuyruklu larvalar, karaya çıkacak olan dört bacaklı kurbağa şekline dönüşemez. Yeryüzünde iyot olmasaydı, tiroid sentez edilemeyecek ve bu hormona bağlı kılınmış olan bütün metabolik faaliyetler aksayacaktı. Benzer şekilde demir eksikliği, kansızlığa yol açarken, çinko eksikliği de insanda gelişim bozukluklarına yol açmaktadır. Özetlemek gerekirse, bizleri büyüleyen tabiattaki muhteşem, katmanlı ve iç içe bir açılım gösteren plan ve nizam ve bunun akıllara durgunluk veren kompleksliği, temelde çok az sayıdaki molekülün farklı şekil, sıra ve sayıda dizilmesiyle ortaya çıkmaktadır. Basit yapı taşlarının çok kompleks organizasyonlar ve yapılar oluşturabildikleri ve sonunda çok farklı özellikler kazanabildikleri, yaratılış mucizesinin bir başka hayret verici yönüdür. Bir şeyden her şey ve her şeyden bir şey yapmaya muktedir olan Yaratıcının yaz-boz tahtası hükmünde olan tabiat sahnesinde olabildiğine kompleks varlıkları sebepler planında nasıl basit ve sade moleküllerden yarattığı, malzemedeki basitlik ve sadeliğe rağmen akıllara durgunluk veren kompleksliği ortaya çıkardığı, komplekslik bilimi (kaos teorisi, fraktal geometri, istisnaların oluş mekanizması vb. konulara aittir) tarafından araştırılmaya başlanmıştır. 21. yüzyıldaki bilimin çalışma konusunu oluşturacak olan, basit yapı taşlarından muhteşem ve katlanmalı, iç içe açılım gösteren düzenin ve karmaşıklığın nasıl ve ne şekilde ortaya çıktığı problemine çözüm arayışları, bilimlerin tıkanmaya doğru gittiği günümüzde yeni ufuklar açacaktır.

KAYNAK:

1-Crawford, M. and Marsh, D. (1989). The Driving Force: Food in Evolution and the Future. Mandarin paperbacks.. Octopus publishing Group. London.

2- Vlasov L. ve Trifinov, D (1996). 107 Kimya Öyküsü. Çev. Nihal Sarıer. TÜBİTAK Popüler bilim kitapları No: 26, ANKARA.