Evrime Işık Tutacak Bir Gelişme:
CANLI OLUŞUMUN İLK MADDESİ HANGİSİ?
Prof. Dr.Sabahattin ÖĞÜN Aysun UMAY
C
anlıların nasıl meydana geldiği sorusunun ortaya atılışı insanlık tarihi kadar eski olsa gerek. Aklın önde gelen özelliklerinden biri olan merak ve sabırla sürdürülen araştırmalar, çözülmek bölmeyen bu düğümü hergün biraz daha gevşetiyor. Bunun en somut örneklerinden biri de 1981-82 yıllarında ortaya çıkarılan yepyeni bilgiler oldu. Bu bilgiler, tarihi birkaç on yılı geçmeyen moleküler biyoloji dalında kimi sayıltıları çürütürken, yeni sayfalar da açtı. Eldeki ilk bilgilerden yola çıkarak ulaşılan “tüm enzimlerin protein yapısında olduğu” inancı artık tarihe karıştı ve RNA’ların da enzim özelliğinin bulunmasıyla birlikte ilk canlı oluşumlann, hücrenin RNA’ları olabileceği seçeneğini gündeme getirdi. Konuya yabancı olanlar için yapılacak olan kısa bir açıklamanın ardından bu gelişmeyi birlikte izleyelim.
HÜCRENİN YAPISI
Bir canlının en küçük birimi olarak adlandırabileceğimiz hücre, iki çeşit molekül topluluğundan oluşur. Bunlardan birincisi, görevi bilgi taşımak olan bileşikler, yani nükleikasit- lerdir. Yeni bir madde yapımı (ya da yıkımı), çoğalma gibi aklımıza gelebilecek her canlılık olayının nasıl gelişeceğine ilişkin bilgiler işte bu bileşiklerde gizlidir.
Nükleik asitleri DNA (dezoksiribonükleikasit) ve RNA (ri- bo nükleikasit) olarak ikiye ayırıyoruz. Hücre çekirdeğinin içinde ya da mitokondride bulunan DNA’lar, yaşamın ve kişinin tüm özelliklerini saklayan genleri taşır. Bugünkü bilinen yapısı 1953’te, James D.Watson tarafından ortaya konan bu nükleik asitler, çift kolon halinde ve sarmal biçimdedir. Nükleo- tid adını verdiğimiz bir molekülünün yapısı ise şöyledir: 1 adet beş karbonlu şeker (dezoksiriboz), 1 adet fosfat grubu taşıyan bileşik ve bazlardan biri (adenin, thymin, cytosin ya da guanin). Kolonlardan birindeki her nükleotidin karşısında bulunan bazın ne olacağı bellidir, çünkü herzaman adenin ile thymin ve cytosin ile guanin eşleşir ve aralarındaki hidrojen bağları nedeniyle sarmal bir görünüm alır.
Görevi bilgi taşımak olan nükleikasitlerden diğeri olan RNA’lar, DNA’lardan farklı olarak tek kolon halindedir ve bazlardan biri değişmiş, thymin yerini urasile bırakmıştır. Beş karbonlu şekeri riboz olan bu nükleikasit, DNA’nın tersine olarak kolayca hücre çekirdeğinin dışına girip çıkabilir ve DNA’– daki bilgilerin -deyim yerindeyse- negatif bir kopyasını hücrenin diğer bölgelerine ulaştırır.
Hücrenin ikinci çeşit molekül topluluğu, fizyolojik bir işlevi olan ve belli bir işi yapma ya da yaptırma görevini taşıyan bileşikler, yani proteinlerdir. Aminoasitlerin oluşturduğu üç boyutlu dev moleküller halindeki bu proteinler, bilgilerin
Bir hücreden oluşan Tetrahymena thermophila’ya ait bir RNA ’nın iki boyutlu yapısı örnek olarak gösterilmiştir. RNA ’ya enzim özelliğinin kazandırılmasıda bu karışık iki boyutlu yapının büyük bir rolü vardır. Aslında RNA tek kolondan oluşan bir nükleikasittir. Ancak bu kolon bazı yerlerde kıvrımlar yapar ve bu arada eş bazlar (adenin-urasil ve guanin-cytosin) iki yada üç hidrojen bağları ile çift kolon oluştururlar (portakal renkli). Ender hallerde, ur asil ile guanin bazları da çok zayıf bağlarla eşleşebilirler. RNA molekülüne özel bir şekil veren bu eşleşmelerden başka bölgesel eşleşmeler de olabilir. Örneğin, birbirinden çok uzaktaki 9R ile 9R * bölgeleri de özel bağlarla RNA *.hin katlanmasına neden olabilirler. Tüm bu bağlar ve eşleşmeler, RNA *ya enzim özelliği kazandırır ve yapısıda- ki intronu kesip yapıdan uzaklaştırır. Sonra da iki exo- nu birbirine yapıştırır. Şekil, yaklaşık 6400 nükleotit- ten oluşan bir RNA *nın, DNA \dan bilgileri aldıktan (transkripsiyon) hemen sonra enzfm etkisi ile yapısından keserek dışarı attığı, yaklaşık 400 nükleotitten oluşan bir intron parçasını göstermektedir. Gri renkteki 3’üncü ve 5 yinci uçlar, sağdaki ve soldaki exonlardan kesilen yerlerdir.
gerçek yaşama dönüştürülmesinde katalitik etki yaparlar* (Ortama katalizör olarak katılır, süreci hızlandırır ve tepkime sonucunda değişmeden ortamdan ayrılırlar).
Şimdi bir de, bu moleküller arasındaki ilişkiyi özetleyelim: DNA’lardaki, yani genlerdeki bilgilerin gerçek yaşama dönüştürülmesi için ilk adım, buradaki bilgilerin bozulmadan RNA’ya aktarılması, yani traskripsiyondur. Bir enzimle gelen bilgi üzerine DNA kolonları ayrılır ve her bazın karşısına ilgilisinin gelmesiyle RNA oluşur. Böylece genlerdeki bilgilerle yüklenen RNA’lar stoplazmaya geçerek, bu bilginin proteine dönüştürüldüğü fabrikalar olan ribozomlara gelir, burada ter-
Exon Exon
(Genin bir parçası) Genin diğer parçası
Nükleotit S 5-ucundan Kesilen 3’-ucundan j
kesilen parçanın kesilen ^
\
Fosfordiester yerayrılması ^yer
İki Exonun yapışması (Genin parçalarının bütünleşmesi)
Parçalı genlerin yeraldığı DNA’lardan elde edilen RNA ‘lar üzerinde, ilgili gene ait bilgileri taşıyan RNA parçacıklarına exon, gen ile ilişkisi olmayan RNA parçasına da intron denir. RNA ların da yapı taşlan nük- leotitlerdir. Her bir nükleotit, bir adet 5 karbonlu şeker (Riboz, beşgen şeklinde gösterilmiştir), Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) Urasil (U) bazlarından biri ve bir adet de fosfat grubundan (daire şeklinde gösterilmiştir) oluşmuştur. Nükleotitler birbirleri ile fosfo- diester bağları ile bağlanarak nükleikasitleri ortaya çıkarırlar. Fosfodiester bağlarının bir ucu öndeki şekerin 5’inci, diğer ucu arkadaki şekerin 3’üncü karbon atomuna bağlı olduğundan, her nükleikasitin bir 5’inci birde 3’üncü ucu vardır. Bilgiler 5’inci uçtan 3’üncü uca doğru okunur.
cüme edilir (translasyon). Bu aşamadan sonra bilgilerin öngördüğü enzim proteinlerin oluşmasında transfer nükleika- sitler (t-RNA) ribozomal nükleikasitler (r-RNA) ve stoplazmada serbest olarak bulunan aminoasit ve diğer elementlerin varlığı etkin rol oynar. Bunun yanı sıra radyasyon, antibiyotik, nikotin gibi inhibitör maddeler, o anda sentezlenmesi gereken bir enzim proteini engelleyebilir. Bu durum, geçici bir süre için ve anlık olarak insanda şeker hastalığı, hemofili gibi bir hastalığa neden olur, ancak hemen eklemek gerekirse olay geçici olduğundan önemsizdir. Bir başka deyişle, hepimiz birçok kez kısa sürelerle bu hastalıkları geçiririz.
Artık şimdi, moleküler biyoloji üzerinde çalışanların yıllarca üzerinde boşuna uğraştıkları soruyu sorabiliriz.