Vücudumuzdaki Moleküller

 

Su, Tüm Bedenimizin Yarısını Kaplar 

Dünya için çok büyük bir öneme sahip olan su molekülü önemini insan bedeninde de gösterir. Vücudun %55-60'ını su oluşturur ve vücut içinde çeşitli doku ve organlar arasında amaca uygun şekilde yayılmış durumdadır. Örneğin, diş ve kemikler gibi sert dokularda az miktarda su bulunurken, kas, böbrek, karaciğer, kan ve gözün bir parçası olan korneada oldukça yüksek oranda bulunmaktadır. Öyle ki, korneanın %98'ini, kanın %79'unu, kasların %77'sini su oluşturur. Aslında genel bir deyimle, organizmada su bulunmayan bir doku veya organ yoktur. Dolayısıyla vücutta su bulunmadığı takdirde herhangi bir organın yaşama şansı da yoktur.

Su, metabolizmada bağlı ve serbest şekilde bulunur. Suyun "bağlı" olması akma yeteneğini kaybetmiş ve hareketsiz kalmış olması anlamına gelmektedir. Serbest halde bulunan suyu ise, genellikle hücre içi sıvısı ve damar içi ve hücreler arası boşlukları dolduran hücre dışı sıvıları oluşturur. Protein, karbonhidrat ve nükleik asitler gibi büyük moleküller suyu kendi içlerinde erimiş olarak bulundururlar. Bunun dışında bağlı su, lifler ve zarların arasında da bulunmaktadır. Buna, moleküller arası su adı verilir. 

Su, "özel" bir molekül olması, üç farklı halde bulunması, özel olarak belirlenmiş kaynama ve donma noktaları ve hidrojen bağları ile bağlanmış olması nedeni ile çeşitli ayrıcalıklara sahiptir. Vücuttaki her organelde bulunabilir, besinlerin taşınmasından çeşitli yapıların oluşumuna kadar pek çok yerde görev alır, vücuda kolayca girebilir ve vücuttan kolayca atılabilir. Hücre içinde, enzimlerle ilgili tepkimelerin ve kimyasal enerji transferlerinin gerçekleştiği ortamı oluşturur. Hücre, yapısı ve işlevleri açısından suyun fiziksel ve kimyasal özelliklerine tam olarak uyum göstermektedir. Kısacası canlı bedeni, suyun çeşitli biçimlerde bulunabilmesi için son derece uygun bir ortamdır. 

Suyun insan bedenine uyum sağlayarak son derece önemli işler başarmasının en önemli sebeplerinden biri, "iyonlaşmasıdır". İyonlaşma, molekülü oluşturan bir atomdan bir elektronun çıkması veya o atoma elektron eklenmesi ile olur. Su molekülleri de insan bedenine girdiklerinde iyonlaşırlar. Vücuda giren su, bir hidrojen iyonuna (H+) ve bir hidroksit iyonuna (OH) ayrılır. Bu ayrılma son derece önemlidir, çünkü hücreler için H ve OH oranları belirlenmiştir ve kanın içindeki bu oranların sürekli olarak sabit durması gerekmektedir. Söz konusu bu oran bize tanıdıktır; pH değeri olarak ifade edilir. 

Bedenin sahip olduğu pH değeri son derece önemlidir. Doğada 0'dan 14'e kadar farklılaşabilen bu değer, vücut için 7.4 civarında kalmalıdır. Eğer bu değer 6.8'e düşer veya 8.0'e çıkarsa sonuç ölüm olur.

Böbrek yetmezliği bir insanın normal kan pH'ını elde edememesinin en önemli nedenidir. Asıl şaşırtıcı ve mucizevi olan, vücuda giren her "on milyon" su molekülünden sadece "bir tanesinin" iyonlaşmasıdır. Eğer günün birinde, bir sebeple, bu tek su molekülü de iyonlaşmazsa bunun sonucu er geç ölüm olacaktır. 

Aminoasitler ve Proteinler 

Proteinleri bir bina gibi düşünürsek, amino asitleri de bu binanın tuğlaları olarak örneklendirebiliriz. Doğada 20 çeşit amino asit vardır ve bu amino asitler her protein için özel bir dizilimle peşpeşe bağlanırlar. Bu bağlanma her protein için özeldir ve bir proteinde en az 300 tane amino asit vardır. Örneğin "Glisin" adı verilen bir amino asit tek bir proteinin üretilmesi sırasında 20 veya 30 değişik yerde sıralamaya katılır. Bu amino asitlerin sıralaması gerçek anlamda kusursuzdur ve bir protein molekülü ancak bu kusursuz sıralamaya sahip olduğu sürece işlev görebilir. 

Protein molekülünde bulunan 20 çeşit amino asitin hepsi benzer bir yapıya sahiptir. Bütün amino asitlerde karbona bağlı "karboksil" adı verilen bir grup, bir de amino grubu bulunmaktadır. Yapı olarak aynı olan bu amino asitleri birbirlerinden farklı yapan tek şey, sahip oldukları yan zincirlerdir. Yan zincirlerin edindikleri farklı atomlar ve farklı bağlantılar nedeni ile değişik yapılara, farklı elektrik yüküne ve suda değişik oranlarda çözünürlüğe sahiptir olurlar.

Aminoasitler, proteinleri meydana getirebilmek için peptid bağları adı verilen özel bir bağ ile birbirlerine bağlanırlar. Peptid bağları ile bağlanan amino asitlerin bir düzen içinde bulunmaları, proteinlerin üç boyutlu yapılarını belirlemektedir. Proteinler, bu üç boyutlu yapılarına göre çeşitli görevler üstlenir ve hücrenin kimyasal reaksiyonlarının çeşitli basamaklarında kullanılırlar. Eğer enerjiye ihtiyaç duyuluyorsa proteinler farklı kimyasal reaksiyonlara girerler. Eğer hücrenin amino asite ihtiyacı varsa, proteinler parçalanarak amino asitlerine ayrılırlar. Ayrıca proteinler hücre zarında tuğla görevini de görmektedirler. Kısacası, hücre içinde proteinlerin kullanılmadığı yer yok gibidir. 

Bir proteinin fonksiyonel özelliklerini, söz konusu üç boyutlu yapısı belirlemektedir. Gergin bir halde duran veya gelişigüzel kıvrılıp bükülen bir protein molekülü biyolojik olarak kullanılmaz durumdadır. Proteinin fonksiyon kazanabilmesi için, atomlarının uygun bir şekilde düzenlenmesi gerekir. Aynı atomlara sahip olduğu halde belli bir düzene sahip olmaması durumunda bir proteinin "protein" işlevine sahip olması mümkün değildir.

Proteinin üç boyutluluğu, atomların bu molekülü meydana getirebilmek için tercih ettikleri bağlanış biçiminden kaynaklanır. 

Protein Molekülünün Yapısı

Proteinler molekül özelliklerine göre ikiye ayrılırlar. Birinci grup "ipliksi" proteinlerdir. İpliksi proteinler bir eksen doğrultusunda düzenli bir yapı gösterirler. Bu proteinler özellikle kasları kemiğe bağlayan sert bölümleri oluşturan tendon ve kemik dokularında bulunur. İpliksi protein moleküllerinin özelliği, suda çözünmemeleri ve fiziksel olarak son derece dayanıklı bir yapıda olmalarıdır. İkinci grup proteinler ise "küresel" proteinlerdir. Küresel proteinlerde, ipliksilerin aksine, amino asit zinciri düzensiz olarak kıvrılmakta ve küresel bir şekil almaktadır. Bu proteinler suda çözünebilirler ve fiziksel olarak dayanıklı değildirler. Bunun bir dezavantaj olduğunu düşünebilirsiniz, oysa bu dayanaksız yapı insan bedeni için çok büyük önem taşır. Genellikle hücrenin hareket eden ve dinamik fonksiyonlu proteinleri küresel yapıdadır. Bugün bilinen 2000 enzimin hemen hepsi, antikorlar, hormonların bir kısmı ve hemoglobin küresel protein yapısındadır. Bazı proteinler de hem ipliksi hem de küresel özellik gösterirler. Bunlar yapıları nedeni ile ipliksi proteinlere benzeseler de sulu tuz çözeltilerinde erimelerinden dolayı küresel özellik göstermektedir. Çizgili kas yapısında bulunan miyozin ve kanın pıhtılaşmasını sağlayan fibrinojen molekülü bu gruba dahildir. 

Tüm Bedenin Denetimi Enzimlere Aittir 

Bazı proteinler enzim yapısındadır ve hücre içinde sürekli olarak kimyasal reaksiyonlara katılarak vücudun metabolizmasına ait faaliyetleri düzenlerler. İnsan hücresinin içinde 3500'den fazla enzim bulunmaktadır. Bunlardan bir veya birkaç tanesinin eksik olması durumunda ise hücre içi faaliyetler tamamen birbirine karışabilir. Bunun sonucu ise hücrenin parçalanıp bozulması yani canlılığın sona ermesidir. 

Enzimlerin en önemli görevi DNA molekülünün kopyalanmasına yardımcı olmaktır. Bunun dışında bu akıllı moleküller, nefes almamızı, ayakta durabilmemizi, yemek yiyebilmemizi, görmemizi, konuşmamızı, büyüyüp gelişmemizi sağlamak için hiç durmadan vücut içinde hareket halindedirler. DNA'da kayıtlı olan genetik kodlara göre ribozom adı verilen hücre organelinde üretilen büyük moleküller, vücut içinde gerekli mesajları gerekli yerlere gönderir, hangi işlem için hangi organın harekete geçmesi gerektiğini bilir, hücre içindeki fazla maddeleri ayıklar ve vücut içinde sürekli olarak bir işe koşarlar. Bu moleküller, becerikli birer "denetleyicidirler".

Bir enzim molekülünü diğer protein moleküllerinden ayıran tek fark sahip olduğu üç boyutlu şekildir. Eğer enzimler kendi özelliklerini belirleyen bu özel üç boyutlu şekle sahip olmasalardı, hücre içi işlemler, beyinden çeşitli organlara iletilen bilgiler ve hücre içi denetimler olmayacak ve hücreleri yaşatmak için gerekli pek çok işlem yapılamayacaktı. Unutulmamalıdır ki, DNA'nın kopyalanması sırasında meydana gelen hataları düzeltecek tek bir enzimin var olmaması, ilgili genin işlevsiz kalmasına veya daha da kötüsü hatalı üretim yaparak kanser başlatmasına neden olabilir. Enzimlerin vücudun farklı yerlerine ulaşarak çeşitli işlemler gerçekleştirme yöntemleri de moleküler dünyadaki bir başka mucizedir. Enzimin kendisine ulaşıp haber taşıdığı, değişikliğe uğrattığı veya harekete geçirdiği molekülü tanıması gerekmektedir. Enzim, karşısındaki molekülün üzerinde bulunan çeşitli şekil ve yapılardan bu molekülün ne tip bir reaksiyona girebileceğini anlar. Artık yakından tanıdığı bu molekülde reaksiyon başlatır ve yapısında karakteristik değişiklikler meydana getirir. Önemli olan, bu enzimin birleşeceği molekülün üç boyutlu yapısıdır. Molekülün sahip olduğu bu üç boyutlu karmaşık geometrik yapı, mükemmel bir şekilde enzimin moleküler yapısına uyum gösterir. Bu adeta kilide uyan anahtar gibidir. İki molekül birbirlerine kenetlendiklerinde bir kilit sistemi meydana gelir ve böylelikle birbirlerini etkileyebilirler. Bu kilit sistemi sayesinde enzim, molekülde meydana gelmesi gereken değişikliği yerine getirir. Hücrede binlerce farklı reaksiyon olur ve bunların gerçekleşebilmesi için binlerce farklı enzim mevcuttur. Hücrelerimizin her birinde her dakika birkaç bin enzim reaksiyona girer. Bazen tek bir enzim tek bir saniyede 300 ayrı molekül ile bu birleşme işlemini gerçekleştirir. Bütün bu reaksiyonların gerçekleşebilmesi ve enzimlerin faaliyete geçebilmesi için vücut ısısının ve vücudun pH dengesinin de belli oranlarda olması gerekmektedir. Belirli bir ısının üzerinde iken enzimler parçalanırlar. Bu durum aynı zamanda bütün proteinlerin parçalanmasına neden olur. 

Hücre Zarı 

Hücre zarı, temelde yağ ve protein moleküllerinden oluşmaktadır. Ama aslında üzerinde çok daha farklı özelliklere sahip yapılar da bulunur. Hücre zarının mucizevi yönü de söz konusu yapılardan kaynaklanmaktadır. Zarın üzerinde bulunan bu yapılar, iyon ve molekül pompalarıdır. Bu pompalar hücrenin dışındaki birçok maddeyi hücrenin içine almakla sorumludur. Hücre zarının "seçici geçirgen" yapısı, bu pompaların bir sonucudur. Hücre zarı, sahip olduğu bu pompalarla glikoz gibi besin maddelerini içine alırken, hücre için zararlı olabilecek malzemelerin veya fazlalıkların da hücreden dışarı çıkmasını sağlar. Aynı zamanda bu yapılar sayesinde dışarıdaki zararlı maddelerin de hücre içine girmesi engellenmiş olur. Bu arada bu mükemmel yapı, hücrenin ihtiyaçlarını da tespit eder ve hücrenin gereksiniminden fazla besinin içeriye girmesine izin vermez. Kısacası bu mucize zar, sahip olduğu diğer moleküllerle işbirliği içine girerek akıl gösterir, değerlendirmeler yapar, karar verir ve kendisinden beklenmeyen bir iş gerçekleştirir. Hücre zarının bu özelliğinin ne kadar gerekli ve önemli olduğunu daha iyi anlamak için şu örneği verebiliriz. Yılan zehirinin bir insanı öldürmesinin sebebi, zehirin hücre zarını parçalaması ve bu nedenle hücrenin içine her türlü zararlı maddenin girebilmesidir. 

Zarın üzerindeki molekül pompaları ve geçişe izin veren kapılar, içeriye girecek malzemeleri ayırt ederken oldukça seçici ve akılcıdırlar. Hücrenin içine çok çeşitli maddeler girer. Maddeler farklı olunca, bunların elbette boyutları da birbirlerinden farklı olmaktadır. Hücre içine giren maddeleri, son derece küçük boyutları ile elektron ve fotonlar, protonlar, iyonlar, su gibi küçük moleküller, amino asit ve şeker gibi orta boy moleküller, protein ve DNA gibi oldukça büyük boyuttaki moleküller oluşturmaktadır. Hücre zarı, üzerindeki pompalar sayesinde hücre için gerekli olan bir molekülü, "ne kadar büyük olursa olsun", büyük bir gayret göstererek hücre içine alır. Kimi zaman hücre içine alınacak olan molekül bu kapılardan geçemeyecek kadar büyük olur. İşte bu durumda zar, etraftaki enzimleri yardıma çağırır. Hücreye girmesi gereken bir molekül, enzimler yardımı ile zarın üzerindeki kapı genişletilerek hücre içine alınır. 

Bu geçiş tamamlandıktan sonra enzimler tekrar harekete geçer ve söz konusu kapıyı eski haline döndürürler. Bu işlem sırasında ne kapıya, ne hücre zarına, ne de hücreye hiçbir zarar gelmez. Moleküller adeta bir habercileri veya bir iletişim sistemleri varmışcasına birarada hareket eder, iş bölümü yaparlar. Hücre zarı üzerinde bu özelliklere sahip moleküller bulunmasa ne olur? Bu moleküllerin eksikliği kuşkusuz canlı hayatının sonu demektir. Çünkü bu moleküller olmadan hücre, içine besin alamayacağı için beslenemez, içindeki atıkları dışarı çıkaramayacağı veya dışarıdan zararlı maddeleri içine alacağı için sürekli olarak zarar görür. 

Hücre zarı başka önemli özelliklere de sahiptir. Zarın yüzeyinde elektrik yüklü alanlar bulunur. Bu alanlar sayesinde zarın iki yüzü arasında bir elektrik potansiyeli meydana gelir ve elektrik akımı başlar. Bu özellik, vücuttaki sinir hücrelerinin faaliyetleri için son derece önemlidir. "Bilgilerin" hücreden sinirler boyunca beyne iletilmesi, hücre zarında bulunan bu elektrik kaynağı sayesinde gerçekleşmektedir. Bilindiği gibi vücut içinde herhangi bir yerden gelen sinyaller, çeşitli elektrik akımları sayesinde beyne iletilirler. Eğer moleküllerin başlattığı bu elektriklenme olmazsa, vücut içinde haberleşme diye bir şey söz konusu olmayacaktır. Bir başka deyişle dokunduğunuz bir şeyi hissedemezsiniz. Çünkü dokunduğunuz bir şeyi hissetmenizin nedeni dokunduğunuz yerden, örneğin elinizden beyninize iletilen elektrik sinyalleridir. Eğer beyne bu sinyaller gitmezse, beyin hiçbir şey algılamayacaktır. Beynin algılayamadığı bir şeyi hissetmeniz ise mümkün değildir. 

Hücre zarının üzerindeki moleküller aynı zamanda zarda meydana gelebilecek herhangi bir hasarı da tamir edebilecek yeteneğe sahiptirler. Hücre zarında herhangi bir yırtılma veya delinme söz konusu olduğunda zar üzerinde bulunan ve bu hasarı hemen tespit edebilen moleküller harekete geçer ve çok kısa bir süre içinde bu aksaklığı giderirler. Bu moleküller zarın her yanını her an denetlerler. Onlar da diğer moleküller gibi yerine getirmeleri gereken görevi tam olarak bilir ve hücre içinde bir başka işe karışmazlar. Bu moleküllerin olmaması durumunda da hücrede meydana gelen aksaklıkların ortadan kaldırılması mümkün olmayacak ve hücre bozulması da ölümle bile sonuçlanabilecek çeşitli hastalıklara sebep olacaktır. 

Hücre zarı yüzeyinde ayrıca dışardan gelen çeşitli bilgileri de algılayabilen reseptör moleküller bulunmaktadır. Bu reseptörler, çeşitli proteinlerin mozaik bir yapıda hücre yüzeyine yerleşmelerinden oluşur ve vücut içinde hormon gibi çeşitli sinyaller ve bilgiler taşıyan moleküllere karşı duyarlıdırlar. Onlardan gelen bilgileri alır, algılar ve faaliyete geçerler. Bu bilgi alışverişi de yine hücre yüzeyinde söz konusu proteinlerin şekillerinden kaynaklanır. Bilgiyi taşıyan molekülün şekli, bunu algılayacak olan molekülün şekline uyum gösterdiğinde, ikisi birbirlerini tanır ve iletişim böylece sağlanır. 

Alıntıdır.