PROTEİN VE ENZİMLER TESADÜFÜ REDDEDİYOR

Prof. Dr. Ömer İrfan KÜFREVİOĞLU
Atatürk Üniv.,Fen Fakültesi, Kimya Bölümü, Biyokimya Anabilim Dalı,Erzurum
[email protected]

   Canlılardaki Biyomoleküller Arasında Mükemmel Organizasyon

     Canlılarda biyomoleküller, çok çeşitli ve kompleks yapıdadır. Meselâ, üzerinde biyokimyacıların en çok çalıştığı ve biyokimyasal özelliklerinin en fazla aydınlatıldığı Escherichia coli bakterisi, yaklaşık 7.000 çeşit bileşiğe sahiptir. Mikroskop altında on binlerce defa büyütülerek görülebilen ve gramın 500 milyarda biri kadar bir ağırlığa sahip olan bu bakterideki bileşiklerin 4.000 kadar çeşidi protein, üç binden fazlası nükleik asittir. Bu bakteri yapısındaki binlerce çeşit kompleks organik bileşik su, amonyak ve glukoz moleküllerinden sentezlenmektedir: Burada bir kimyagerin hayal edemeyeceği bir maharet sergilenmektedir. Eğer bir kimyagerden aynı çıkış maddelerini kullanarak bir amino asit ve bir lipidin yalnız bir kap içinde sentezi istense, buna hiç yanaşmayacaktır. Çünkü bir kap içinde yalnız bir tek reaksiyon gerçekleştirilebilir ve yukarıdaki başlangıç maddelerinden istenilen sentezlerin yapılabilmesi de yüzden fazla reaksiyonla mümkün olur. Fakat E.coli hücresini bir kap kabul etsek, yaklaşık 7000 çeşit organik bileşik, basit su, amonyak ve glukozdan 20 dakika içinde bir arada yapılmakta ve hücre bölünmektedir[1].

     Biyosfer adı verilen canlı kürede biyomoleküller arasında mükemmel bir devr-i daim vardır. Protein ve nükleik asitlerin yapısında bulunan azot da, canlılar arasında devredilen önemli bir elementtir. Azot molekülü (N2), atmosferde çok bol miktarda bulunmasına rağmen iki azot atomu arasında üçlü kovalent bağdan dolayı kolay reaksiyona girmez. Azot fiksasyon bakterilerinde ATP (enerji kaynağı) kullanılarak azot, amonyak (NH3)’a çevrilir. Toprak mikroorganizmaları daha sonra NH3’ü (nitrit) ve (nitrat)’a oksitler. Bitkiler azotu topraktan  halinde alırlar ve NH3, amino asitler ve diğer bileşiklere indirgerler. Bunlar hayvanlar tarafından kullanıldıktan sonra, yine indirgenmiş halde toprağa bırakılır. Bu hadiseler azot devri olarak ifade edilir (Şekil 1).

     Azot devrinde vazife yapan bakteriler, bitkiler, hayvanlar ve insanların sayısı, çeşidi ve ömrü gibi parametrelerin sürekli kontrol altında tutulması gerekir ki havada azot %78 olarak her zaman muhafaza olsun.

     Benzer durum oksijen için de geçerlidir. Milyonlarca canlı oksijen tüketip bir o kadarı da oksijen ürettiği halde, atmosferdeki oksijen oranı binlerce senedir %21 oranında korunmaktadır. Bu ilmi hakikatler,  yeryüzündeki bütün canlı mahlûkatı sonsuz kudret ve ilmiyle yaratan ve idare eden Allah’ın (C.C.) varlığının büyük delilleridir.

Şekil 1: Canlı âlemdeki azot devri.

Enzimlerle Reaksiyonların Hızlanması

Enzimlerle canlı bünyesindeki reaksiyonlar en az yüz milyon kat hızlanır. Biyolojik sistemlerdeki bütün kimyasal reaksiyonların katalizi,  enzim adı verilen moleküllerle yürütülmektedir. Bu reaksiyonlardan bazıları, CO2’nin H2O ile birleşmesi gibi oldukça basit olmasının yanı sıra bazıları da mesela bir kromozomun tamamının eşleşmesi (replikasyon) gibi son derece karmaşıktır. Enzimlerin fevkalade bir katalizleme gücü vardır. Bugün 2000’in üzerinde enzim tanımlanmış olup,  bazı katalitik RNA molekülleri hariç olmak üzere hepsi de protein yapısındadır.

     Enzimler, canlı organizmalardaki kimyasal reaksiyonları hızlandırmada kullanılan katalizörlerdir. Bu esnada hiçbir yan ürünün meydana gelmesine fırsat verilmez. Böylece sistemde %100’lük bir ürün verimi sağlanmış olur.

     Karbonik anhidraz, enzimler arasında en yüksek katalizleme gücüne sahip enzimlerdendir (1.000.000 s-1). Yani bir karbonik anhidraz molekülü (Şekil 2) üzerinde;

            CO2+H2O  H2CO3

reaksiyonu 1/1.000.000 saniyede, yani 1 mikrosaniyede gerçekleştirilmektedir. Bunun anlamı bir saniyede karbonik anhidraz enziminin aktif bölgesine bir milyon karbon dioksit molekülü bağlanmakta ve bikarbonata dönüştürülmektedir.  Diğer enzimler üzerinde yapılan çalışmalarda enzimler varlığında reaksiyonların 108-1020 kat arasında hızlandığı gözlenir.

     Bu vesileyle çok yüksek sıcaklık, çok yüksek basınç altında yapılan reaksiyonlar normal hücre içi şartlarda ve atmosfer basıncında meydana gelir. Ayrıca enzimler, hem katalizledikleri reaksiyon tiplerine, hem de ürüne dönüştürdükleri substratlara karşı son derece spesifiktirler. Genellikle tek bir kimyasal reaksiyonu veya aynı tip benzer reaksiyonları katalizlerler. Bu sayede kimya bilim insanlarının normal laboratuvar şartlarında yapmaları mümkün olmayan sentez veya yıkım reaksiyonları,  mükemmel ve yan ürünsüz olarak canlılarda meydana gelir. Yani enzimlerin sonsuz ilim, irade ve kudret sahibi bir zatın plan ve programıyla vazifeli memurları olduğu anlaşılır.

      Şekil 2: İnsan karbonik anhidraz II enziminin üç boyutlu (tersiyer) yapısı[2].

Protein Sentezi (Translasyon)  Saniyeler İçinde Vuku Bulur

     Proteinler, bütün canlı varlıkların en önemli ve hücrelerin de en bol bulunan bileşikleridir. Enzimatik katalizleme, küçük molekül ve iyonların kanda taşınması ve dokularda depolanması, mekanik hareket, mekanik destek, antikor yapısına girerek vücudun savunma sisteminin teşkili gibi yüzlerce hayati vazifeleri vardır.

     Proteinler, ribozomlarda amino asitlerin peptid bağı ile  bağlanması ile primer yapı kazanır. Daha sonra sırayla hidrojen bağlarıyla oluşan sekonder yapıyı takiben,  tersiyer ve bazı proteinlerde kuaterner denilen üç boyutlu yapı kazandırılır. Böylece biyolojik olarak fonksiyon görecek yapıya sahip olur[3].

     Şekil 2’de örnek olarak insan karbonik anhidraz II enziminin tersiyer yapısı görülmektedir.   

     Bir proteinin primer yapı kazanması, hücre içinde ribozom adı verilen protein ve RNA’lardan meydana gelen supramolekül yapıdaki biyolojik fabrikalarda vuku bulur. Bir E.coli hücresinde yaklaşık 20 bin, büyümekte olan bir memeli hücresinde ise 10 milyon civarında ribozom olduğu belirlenmiştir. Bir E.coli hücresinde 100 amino asitlik bir protein sentezi yaklaşık 5 saniyede vuku bulur. Halbuki protein sentezi konusunu ders olarak anlattığımızda, iki amino asidin bağlanması sırasında meydana gelen hadiselerin  anlatımı bazen onlarca saat zamanımızı almaktadır.  Bu iş için yaklaşık yüzlerce çeşit makromolekül koordineli olarak görev alır. Bu makromoleküller arasında, RNA ve çok sayıda proteinin meydana getirdiği bir kompleksten ibaret ribozomların yanı sıra, tRNA’ları aktifleştirici enzimleri, protein yapısındaki çözünmüş protein sentezi faktörlerini ve mRNA’yı sayabiliriz. 

     Burada protein sentezi sırasında tesadüfün yeri olmadığını gösteren bir hakikati de beyan edelim: Hücre içinde amino asitler serbest halde fazla bulunmazlar. Protein sentezinde kullanılacaklarından, tamamına yakını [amino açil-tRNA + GTP + EF-Tu) (uzama faktörü)]  üçlü kompleks halindedir. Ribozomun A bölgesindeki mRNA kodonuna, amino asitleri getiren 20 çeşit üçlü kompleks tRNA’nın antikodonlarıyla bağlanmak için difüzyonla bu bölgeye gelerek eşleşme denemesi yaparlar. Bir saniyede zincire 18 amino asit eklendiği ve 20 çeşit üçlü kompleksin denendiği göz önüne alındığında, saniyede 18x20 deneme yapıldığı anlaşılır. Eğer, uygun antikodonu taşıyorlarsa eşleşme yapılır. Dolayısıyla, üçlü kompleksin antikodonu deneyecek kadar bir sürenin geçmesi gerekmektedir. Bu süre uzadıkça doğru proteinlerin sentez ihtimali artacaktır. Gerçekten, burada hücrenin ihtiyaç duyduğu hızda doğru protein sentezlenmesi ayarlanmıştır[4].

Protein Katlanması; İhtimal Teorilerine Göre Tesadüfen Olamaz

     Amino asitlerin,  tespih taneleri gibi yan yana dizilmesiyle polipeptid zincirleri teşkil edilir. Ancak fonksiyon görmeleri için önce sekonder ve daha sonrada tersiyer yapı kazanmaları için katlanmaları icap eder. Çünkü proteinler sentezlendiği zaman yalnız, disülfid bağlanmalarının da olmadığı, primer yapıya sahiptir. Böyle bir deneme ve arayış ihtimal teorilerine göre acaba ne kadar zaman alacaktır?

     Şimdi 100 amino asit ihtiva eden küçük bir protein düşünelim.  Her bir amino asidin 3 farklı konformasyonu (uzayda dizilimi) olacağını farz edersek proteinin toplam yapı sayısı 3100, yani 5x1047 olacaktır. Her bir yapıdan diğerine geçişin 10-13 saniye aldığı farz edilirse, toplam arayış zamanı 5x1034 saniye, yani, 1,6x1027 yıl sürecektir. Burada bir amino asidin konformasyon sayısı üçten fazla ve protein yapısının bir şekilden diğerine geçişi 10-13 saniyeden daha uzun süreceği göz önüne alınırsa bu rakamın çok düşük hesaplandığı aşikardır.

     Son yıllarda 'chaperon' lar adı verilen, ısı şok proteinleri (heat shock protein, hsp) şeklinde isimlendirilmiş bazı proteinlerin yanlış katlanmalara engel olmada vazife aldıkları anlaşılmıştır[5].

     Her hücrede her an binlerce protein sentezlenmekte ve kusursuz olarak fonksiyon görebilecek en uygun yapıyı kazanmak üzere katlanmaktadır. İhtimal hesaplarına göre protein katlanmalarının tesadüfen olacağını tarafsız düşünen akıllı insanlar reddeder.      

Organların Çıkışındaki Harikalık

     İnsanda ortalama 100 trilyon hücre vardır ve olgun eritrosit hücreleri hariç, her hücrede 2 metre boyunda DNA bulunmaktadır. Her hücrede bulunan her DNA üzerinde yaklaşık 23 bin protein geni mevcuttur. Genlere, hücreler tarafından yapılan proteinlerin çeşitlerini tayin etme vazifesi verilmiştir. 

     Normal hücrelerde genetik bilginin akışı;

                DNA      RNA       Protein

yönündedir. Ancak her gen, belirli hücrelerde ve belirli zamanlarda organizmanın ihtiyacına göre ekspresyona uğramakta, yani açılmaktadır. Misal olarak albümin geni sadece karaciğerde açılır; globin geni alyuvarların öncül hali olan retikülositlerde açılır. İnsanı düşünecek olursak insanda mevcut alyuvar hücresi hariç her hücre 23 bin protein genini paket program gibi ihtiva etmesine rağmen, her gen farklı hücrelerde ve ihtiyaca göre açılır. Buna göre her organımızın vücudun her bölgesinde çıkma ihtimali olduğu halde, belirli yerlerde yaratılmasında sonsuz bir kudret ve iradenin eseri olduğunda şüphe yoktur.

     Ökaryot ve prokaryotlardaki genetik bilgilerin proteine dönüştürülmesinin, yani, genetik ifadenin denetimi ve düzenlenmesinde en önemli basamak transkripsiyonun başlangıç safhasıdır. Hücrelerin her proteine, her anda aynı oranda ihtiyacı bulunmaz. Beslenme ortamının içinde bulunduğu şartların, dışarıdan alınan sinyallerin ve özellikle çok hücrelilerdeki her bir hücrenin fonksiyon ve yapı farklılığının sonucu olarak, bazı metabolik yolların hızlanması ve bazılarının da yavaşlaması icap eder. Bunun için, buralarda görev alan proteinlerin ve enzimlerin sentezlerinin baskılanması veya aktif hale getirilmesi gerekir. Prokaryotlarda "operon" modeliyle bazı örnekleri açıklanan transkripsiyonun bu düzenlenme mekanizması, çok hücreli ökaryotlarda çok daha karmaşık ve birçok faktörün rol aldığı bir olaydır. Aslında, bir gen yapısı transkripsiyonunu düzenleyen "transkripsiyon elementlerini (TE)" de içinde bulundurur. Promoterler RNA polimerazları bağlayan ve transkripsiyonun başlangıç noktasını belirleyen, transkripsiyon elementleri ise, transkripsiyon faktörleri (TF) adı verilen çeşitli proteinleri bağlayarak transkripsiyon hızını düzenleyen DNA üzerindeki dizilişlerdir. Bu bölgelere, birbirinden farklı yapıda olan ve farklı şekillerde aktifleştirilen yüzlerce çeşit transkripsiyon faktörlerinden bir veya birkaçı bağlanır. Bunlara ökaryotik genetik ekspresyonu düzenleme görevi verilmiştir[6].

Mutasyonla Yeni Bir Canlı Meydana gelmez

Bir canlı türünün başka bir canlı türünden tesadüfen  mutasyonlarla meydana geldiği düşünülemez. Genlerin baz diziliminde meydana gelen değişikliklere mutasyon denir. Genlerde meydana gelen ani değişmelerin (mutasyonlar) çoğu öldürücüdür. Yeni türlerin teşekkülünü, mutasyon olayına bağlamak mümkün değildir. Mesela, globin geninde yüzlerce bazdan sadece birinin değişmesi alyuvar hücresinin yapı değişimine sebep olarak orak hücre anemisine yol açar:

 NORMAL β-GLOBİN

MUTANT β-GLOBİN

     E. coli genomunda 4 milyon baz çifti varken, insanda 3,2 milyar baz çifti bulunur. Buna göre bakteri hücresinden insanın evrimleştiği görüşüne göre; yaklaşık 4 milyon baz çiftine sahip olan bir bakterinin tesadüfen evrimleşerek farklı canlıların oluşumu ardından, her hücresinde 3,2 milyar baz çiftine sahip DNA’sı bulunan insana dönüşmesi ihtimal teorilerine göre kesinlikle izah edilemez.

     İşaratü’l İ’caz’da bu şu şekilde açıklanır:

     “Ve keza ilm-ül hayvanat ve ilm-ün nebatatta isbat edildiği gibi, enva’ın sayısı ikiyüz binden ziyadedir. Bu nev’ler için birer âdem ve birer evvel-baba lâzımdır. Bu evvel-babaların ve âdemlerin daire-i vücubda olmayıp ancak mümkinattan olduklarına nazaran, behemehal vasıtasız kudret-i İlahiyeden vücuda geldikleri zarurîdir. Çünki bu nev’lerin teselsülü, yani sonsuz uzanıp gitmeleri bâtıldır. Ve bazı nev’lerin başka nev’lerden husule gelmeleri tevehhümü de bâtıldır. Çünki iki nev’den doğan nev’, alel’ekser ya akîmdir veya nesli inkıtaa uğrar. Tenasül ile bir silsilenin başı olamaz.

     Hülâsa: Beşeriyet ve sair hayvanatın teşkil ettikleri silsilelerin mebdei en başta bir babada kesildiği gibi, en nihayeti de son bir oğulda kesilip bitecektir”[7].

     Buna göre her canlı türünün bir evvel-babası vardır ve bu da vasıtasız, yani sebepsiz yaratılmıştır. Müspet bilimler çerçevesinde sebepler tahtında araştırmalar yapıldığından,  ilk yaratılış da sebepler dairesinde izah edilmeye çalışılmakta ve kalpleri ve akılları tatmin edecek bir cevap bulunamamaktadır. Hâlbuki Kur’an’ın penceresiyle bakıldığında başta Hz. Âdem (A.S.) olmak üzere her nevin evvel-babası vasıtasız kudret-i İlahiyeden vücuda geldikleri ve bundan nesillerin türediği anlaşılmaktadır.

     Sonuç olarak; canlılardaki bütün metabolik olayların kataliz görevi enzimlere verilmiştir. Enzimlerle reaksiyonlar 108-1020 kat hızla yürümektedir. Mesela, karbonik anhidraz enzimi saniyede bir milyon karbon dioksitin bikarbonata dönüşmesine sebep olmaktadır.  Proteinler, ribozomlarda hızlı ve seri üretilmekte ve daha sonra hızlı bir şekilde en uygun konformasyon kazandırılmaktadır. Bu olaylar,  ihtimal teorileri ile irdelendiğinde tesadüfün kesinlikle yerinin olmadığını göstermektedir.

     Hücrelerdeki biyomoleküllerin mükemmel organizasyonu ile her hücre maksimum ekonomi prensiplerine göre çalışmakta, fazla veya eksik bir madde üretilmemektedir. İnsanda ortalama 100 trilyon hücre vardır ve olgun eritrosit hariç, her hücrede 2 metre boyunda DNA bulunmaktadır. Her hücrede bulunan her DNA üzerinde yaklaşık 23 bin protein geni mevcuttur. Ancak her gen, belirli hücrelerde ve belirli zamanlarda ekspresyona uğramaktadır.

     Bütün bu hadiseler,  mükemmel olarak ve vahdet içinde cereyan eder. Kâinatta tesadüfün bulunmadığını, her şeyin sonsuz ilim, irade ve kudret sahibi Allah'ın eseri olduğunu ispat eder ve kâinatta tesadüfe tesadüf edilmeyeceğini gösterir.

[1] Lehninger, A.L., Biochemie (übersetzt von H. Kleinig und B. Liedvogel), Weinheim, Verlag Chemie, 2.Auflage, 1983.
[2] KILIÇ, D. İnsan Karbonik Anhidraz II (hCAII) Geninin Klonlanması, E. Coli ’de Ekspresyonu, Karakterizasyonu, Yönlendirilmiş Mutagenez İle Mutant hCA II Genlerinin Eldesi ve Mutant Proteinlerin İnhibitörlere Karşı İlgisinin Araştırılması, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı, Doktora Tezi,  2017.
[3] Stryer, L., Biochemistry, New York, W.H. Freeman and Company, 3 nd edition, 1988.
[4] Keha ve Küfrevioğlu, a.g.e.
[5] Nelson D.L., Cox, M.M., (Çeviri editörü: Prof. Dr. Necdet KILIÇ), 2005, Lehninger Biyokimyanın İlkeleri. Palme Yayıları: 313, Palme Yayın, Dağıtım, Pazarlama, İç ve Dış Ticaret  Ltd. Şti. Ankara. Sayfa 193-194.
[6] Lehninger, A.L., Nelson, D.L., Cox, M.M. , 1993, Keha ve Küfrevioğlu, 2012.
[7] Nursi, Bediüzzaman, S. İşârâtü’l İ’câz. s. 416.