Vücudumuzun onlara neden ihtiyacı var?
Değişik gıda ürünü paketlerini elimize aldığımızda artık hemen hepsinde olan bir tablo ile karşılaşıyoruz. Bu tabloda o gıda içerisinde bulunan protein, yağ ve karbonhidrat miktarları yazılmakta. Peki neden protein, yağ ve karbonhidrat? Çünkü bu dev moleküller bütün canlıları meydana getiren temel maddelerdir. Vücudumuzun dengeli beslenmesi için bunların hepsinden yeterli miktarda yemek gerekiyor. Bu defaki yazı dizisinde bu moleküllerden biri olan proteinlerden bahsedeceğiz. Peki protein nedir ve neden vücudumuzun protein içeren yiyeceklere ihtiyacı var? Gelin hep birlikte protein dünyasında şöyle bir gezintiye çıkıp bu sorularımızın cevabını arayalım. Gezintimizde önce proteinlerin yapısına kısaca bir göz atıp, sonra da bu yapıda meydana gelen bozuklukların yolaçtığı hastalıklara değineceğiz. Protein makinaları ve protein-vitamin ilişkisinden bahsettikten sonra ilginç proteinlerden örnekler vereceğiz.
Proteinler hücrelerdeki bütün biyolojik olayların yapıtaşıdırlar. Hücreler içerisinde gerçekleşen olaylar, yüzbinlerce farklı proteinin kendilerine verilmiş olan vazifeleri mucizevi bir şekilde yerine getirmeleri ile devam eder. Mesela kanımızda bulunan hemoglobin proteini oksijen taşımacılığında vazife görmekte, antikor denilen proteinler vücudumuzun savunma sisteminin temelini oluşturmakta, insülin hücrelerimize glikoz/şeker alımını sağlamakta, keratin saç ve tırnak yapımızı meydana getirmekte, enzim adı verilen proteinler hücre içi kimyasal reaksiyonları mükemmel bir hız ve doğrulukta yerine getirmektedir. Peki hepsini saymamız imkansız olan bu kadar çok ve birbirinden tamamen farklı vazifeleri yerine getiren proteinler neden yapılmışlardır?
PROTEİNLERİN YAPISI
Proteinler, amino asit dediğimiz ve karbon, hidrojen, oksijen ve azot atomlarından meydana gelen moleküllerin tesbih taneleri gibi yan yana dizilmeleri ile oluşur. Yani biraz önce binlercesinden sadece bir ikisini bahsettiğimiz vazifeleri yerine getiren proteinler, hayat sahibi olmayan atomların oluşturduğu dev moleküllerden ibarettir. Amino asitlerden başlıca 20 tanesi protein yapımında vazife alır. Bu standart 20 amino asitin farklı sayıda dizilişleri neticesi yüz binlerce farklı yapı ve vazifede proteinler oluşmaktadır. Aynı alfabedeki 29 harfin farklı dizilişleri ile farklı kelime ve cümlelerin yazılabilmesi gibi; 20 aminoasit ile de sonsuz sayıda farklı protein üretmek mümkündür. Proteinlerin 50 kadar aminoasit içeren türlerinden, binlerce amino asit içeren türlerine kadar yüz binlerce çeşidi vardır. Hücrelerde protein sentezi sonrasında üretilen aminoasitlerin birbirine bağlanarak oluşturdukları düz zincir, daha sonra aminoasitler arasındaki kimyasal bağlar neticesi katlanarak proteine nihai bir şekil verir. Proteinlerin bazıları heliks/sarmal yapıda olabileceği gibi küresel veya antikorlar gibi Y şeklinde de olabilirler. Proteinler üç boyutlu yapılarındaki girinti çıkıntılar sayesinde ya başka proteinlere ya da alıcı moleküllere bağlanarak hücre içi faaliyetleri gerçekleştirirler. Anahtar-kilit ilişkisine benzer sistemlerle proteinlerin birbirlerine ya da diğer moleküllere bağlanıp ayrılması, proteinlerin üç boyutlu yapılarını çok önemli kılar. Bir proteinin aktif bölgesindeki sadece bir amino asidin bile yerinin değişmesi, proteinin şeklini değiştirip iş görmesini engellemektedir. Bu nedenle protein sentezi sonrası zincir gibi olan aminoasit dizisinin katlanarak asli şeklini alması çok önemlidir.
Bir protein; olması gereken üç boyutlu yapıda nasıl katlanabilir? Ortada milyonlarca farklı ihtimal varken, nasıl oluyor da her zaman proteinler doğru şekli alıyorlar? Eğer protein bu işi deneme yanılma metodu ile yapıyorsa kaba taslak olarak hesaplandığında, 100 amino asitlik bir proteinin doğrusunu bulmak için olabilecek bütün konformasyonları denemesi 20 milyar yıl alacaktır. Bu ise kainatın yaşından bile uzun bir süredir. Tesadüfe bıraktığımızda küçük bir proteinin bile uygun şekli alması neredeyse 20 milyar yıl sürmesi gerekirken, normalde binlerce amino asit dizisine sahip proteinler bile bir saniyeden daha az bir zamanda mükemmel bir şekilde, şaşırmadan, en ufak bir hata bile olmadan katlanmakta ve vazife yapmaya hazır hale gelmekteler. Bazı proteinler doğru şekli almak için ‘chaperon’ denilen yardımcı proteinlere ihtiyaç duyarlar. Fakat bu yardımcı proteinlerin de çalışma mekanizmaları tam açıklığa kavuşmuş değildir.
Proteinlerin üç boyutlu yapısı sıcaklık değişikliklerine karşı çok hassastır. Pek çok proteinin 100 derecenin çok altındaki sıcaklıklarda yapısı bozulur. Bu genellemenin tek istisnası termofilik bakterilerdir. Bu bakteriler mucizevi bir şekilde neredeyse sıcaklığı 100 dereceye yaklaşan sıcak su kaynaklarında, proteinlerinde herhangi bir bozukluk olmadan yaşamlarını sürdürürler. Eğer laboratuvarda veya endüstride sıcaklığa dayanıklı bir protein gerekiyorsa, aynı proteinin termofilik bakterilerde bulunan versiyonu elde edilip kullanılmaktadır.
PROTEİNLER VE DELİ DANA HASTALIĞI
Proteinlerin üç boyutlu yapılarının öneminden ve protein sentezi sonrasında meydana gelen katlanma olayının hassaslığından bahsetmiştik. Eğer bir protein bir şekilde yanlış katlanmış ise vazife göremeyecektir. Ancak PRION (proteinaceous infectious particle) denilen proteinler yanlış katlandıklarında sadece vazifelerini yapamaz hale gelmiyorlar, aynı zamanda bulundukları organizmalar için tehlikeli hastalıklara sebep oluyorlar. Prion proteinleri normal formda olduklarında beden hücrelerine zararsızdırlar. Proteinin zararsız ile zararlı formu kimyasal olarak tamamen aynı yapıdadır, tek değişiklik kimyasal yapının farklı şekilde katlanarak oluşturduğu üç boyutlu şekildir. Normal prionun bir kere şekli bozuldu mu bir daha eski haline dönemez, aksine diğer prionları da etkileyerek hepsinin şeklini anormal hale çevirir.
Peki nasıl oluyor da tek başına bir protein sanki canlı gibi, kendisini çoğaltıp hastalığı hayvanlar arasında yayıyor? Prionların virüsler gibi yayılıp çoğalmalarını sağlayan bir mekanizmaları yok. Eğer yanlışlıkla yenilse veya vücuda enjekte edilseler kan dolaşımı ile bütün vücudu dolaşmaya başlıyorlar. Beyin-kan bariyerini tam olarak nasıl aştıkları bilinmese de, bir kere beyine ulaştılar ve normal bir priona rastladılar mı hemen zincir reaksiyon başlıyor ve onu hastalık yapıcı forma dönüştürüyorlar. Üstelik bir defa tehlikeli duruma dönüşen protein, kimyasal yapı itibariyle sağlamlaşıyor ve normal sterilize metodlarla yok edip bozmak mümkün olmuyor. Bu nedenle bu hastalığın ameliyatında kullanılan aletler tekrar sterilize edilip kullanılmak yerine, tamamen atılıyor ve bir daha kullanılmıyor.
Prion hastalıklarına ‘bulaşabilen süngerimsi ensefalopatiler (transmissible spongiform encephalapathies – TSE)’ denilmektedir. Bu hastalıklar merkezi sinir sistemini etkiler ve beynin süngerimsi bir hal almasına yol açar.
Prion hastalıklarından biri olan ve 1985 yılında sığırlarda ortaya çıkan Deli Dana hastalığı (bovine spongiform encephalopathy - BSE) ilk olarak İngiltere’de tespit edilmiştir. Koyunlarda ortaya çıkan Scrapie hastalığı da prion hastalıklarındandır. Deli dana hastalığının Scrapie hastası koyun et ve kemik ununun, sığır yemlerine katılması ile ortaya çıktığı tahmin edilmektedir. Hayvanların tabii bitkisel diyetlerine aykırı olarak sadece daha fazla üretim amacıyla hayvansal gıdalarla beslenmeleri dengeyi bozmuş; beş kuruşluk kâr için milyonlarca paranın yanı sıra sadece hayvanların telef olmasına değil insanların da can kaybına sebep olmuştur. Bu hastalığın İngiltere’de ortaya çıkması da aslında bir ibrettir. Çünkü yaz kış bol yağmur alan ve çok soğuk olmayan kışları nedeniyle yeşil otu hiç eksik olmayan bu ülkede; insanların yine de tamah edip hayvanları suni yemlerin yanı sıra hayvansal katkılı yemlerle beslemesi, bu hırsın hasareti olarak deli dana hastalığını netice vermiştir.
Alzheimer (bunama) ve cystic fibrosis hastalıkları da yanlış katlanan proteinlerin sebep olduğu hastalıklardandır. Yanlış katlanan proteinler, endüstride bakterilere protein üretimi yaptırılırken de problem olabilmektedir. Normalde sıvıda çözünür halde olması gereken proteinler, yanlış katlandıklarında sıvıda çözünmeyip bir araya birikmektedir. Proteinlerin bu şaşırtıcı aktivitesi protein katlanması konusunda detaylı araştırmaları zorunlu kılmıştır.
‘BLUEGENE - MAVİGEN’ PROJESİ
Protein katlanması; çözülmesi o kadar zor ve karmaşık bir problem ki, şu andaki bilgisayar teknolojisi bu konuda çalışmaya yetmiyor. Şimdiki bilgisayarlar ile çalışılsa, çok küçük bir proteinin katlanma sürecinin bile hesaplanması 300 yılı alacaktır. Aralık 1999 yılında IBM firması dünyanın en hızlı bilgisayarlarından birini üretmek amacıyla birkaç yıl sürecek bir proje başlattı. Saniyede 1 trilyon operasyon yapabilecek ve şu andaki en güçlü 500 bilgisayarın toplam gücünde çalışacak olan bu bilgisayarın üretilmesindeki amaç; protein katlanması olayının simülasyonunu yaparak, proteinlerin nasıl katlandığı sorusuna ışık tutabilmek. Yapım aşamasındaki bu proje sayesinde hem saniyeden çok daha kısa sürede gerçekleşen ve çok kompleks olan protein katlanması anlaşılmaya çalışılacak, hem de daha etkili ilaçların geliştirilmesi konusunda ilerleme sağlanacak.
Tabii olarak her an bütün hücrelerde sayısız miktarda ve akıllara durgunluk veren doğrulukta gerçekleşen protein katlanması olayının simülasyonu için bile dünyanın en güçlü bilgisayarlarına ihtiyaç duyuluyor. Belki de bu muhteşem olayın farkında olmamız için Deli Dana hastalığı ya da Alzheimer hastalığı gibi hastalıklar bizlere ibret olarak gösteriliyor. Zaten her an dünyada üretilen protein miktarını düşündüğümüzde, bu hastalıklara yol açan katlanma hatalarının ne kadar nadirattan olduğu anlaşılacaktır. İşte şükrü gerektiren bir durum daha.. Zaten hayatı ve hayat sahiplerindeki mucizevi olaylara az da olsa göz gezdirdiğimizde hayretler içerisinde kalıp ‘Allahuekber’ dememek mümkün olmuyor. Ancak bazıları bu muhteşem olaylara şahit olmalarına rağmen bu cansız atomlar-moleküller arkasında işleyen âşikar eli görmeyip, akla sığmayan, geçerliliği olmayan fikirlere dalabiliyorlar. DNA’nın yapısını keşfinden ötürü Nobel Ödülü’ne layık görülen Francis Crick gibi.. Francis Crick de hücreler içerisindeki bu muhteşem olayların farkında olduğundan ‘hayat’ın kendi kendine oluşamayacağı hakikatini anlamış. Ama ne acı ki, yine de hayatı ve hücreleri yaratan bir Kudret’e iman edip önünde eğilmek yerine, dünyaya hayatın ‘zeki uzaylılar’ tarafından ekildiğine kanaat getirmiş. Peki uzaylılara hayatı kim sunmuş? Onlara da başka uzaylılar.. Peki bu soru böyle devam edip duracak mı? Bizim dünyamızdaki ‘hayat’ kendi başına oluşamayacak kadar mükemmel de, güya onu buraya getiren uzaylıların ‘hayat’ı kendi kendine oluşacak kadar basit mi? Bir soruyla yıkılabilecek böyle bir düşünceyi hem de Nobel ödülü sahibi bir insanın öne sürebilmesi, kitaplarında yazması—sırf Yaradanı inkar uğruna— ne kadar makul? Artık öyle bir çağda yaşıyoruz ki, hayatın öyle mucizevi olaylarına tanığız ki, bu çağda Allah’ın varlığına karşı kulakları tıkamak ve gözleri kapatmak mümkün değil. Proteinler de diğer moleküller gibi, cansız atomlar arkasında işleyen âşikar eli, Yaratıcısını ilan ediyor.