Hayatın Örgüsü - Oktay Sinanoğlu - Moleküler Biyolojinin Dünü, Bu Günü, Yarını...

[Serdar]

HAYATIN ÖRGÜSÜ

OKTAY SİNANOĞLU


Bazen bilimde, ‘her şey artık anlaşıldı; hayatın sırları çözüldü’ denilirken, mevcut kuramlara ters düşen gözlemler, deneyler, deliller birikir de birikir, mevcut anlayışın yapısı çatırdamaya başlar. Yeni kuramlar, yeni bir anlayış dizgesi gerekmektedir. Yirminci yüzyılın ilk çeyreğinde fiziğe böyle oldu. Önce “görecelik (izâfiyet)” kuramı, sonra “nicem (kuvantum)” kuramı ile yeni bir fizik çığırı açıldı (o da yirminci yüzyıl sonunda yetmez duruma gelmiş olsa da...).

Hayatî olguların anlaşılmasında da işte şimdi durum böyle. Özdeciksel kalıtım (moleküler genetik), özdeciksel dirilbilim (moleküler biyoloji), 1953’te DNA’nın çift sarmal yapısının belirlenmesi ve bu yapının kalıtım için bir şifre oluşturduğunun anlaşılmasıyla başladı diyebiliriz. Sonraki 50’ye yakın yılda yeni “moleküler biyoloji” dalı hızla gelişti; hattâ, hayatın temel yapısına insan müdaheleleri imkânları doğup “kalıtım mühendisliği”, “dirilbilig (biyo-teknoloji) uygulamaları hızla arttı, artıyor. Peki ama, “hayatın sırları artık anlaşılmıştır” inancı son beş yıldır, şimdi, sarsılıyor. Nasıl mı? Aşağıda bu yeni durumu özetleyeceğiz.

“Gen”(Kalıt) kavramının gelişimi

Bazı yaş günleri şöyle:

1906 - William Bateson[1 / “Third Conference on Hybridization and Plant Breeding”, sf.90-97, Londra 1906 ] “kalıtım (genetik)” adını, 1909’da Wilhelm Johannsen[2 / “Elemente der Exacten Erblichkeitslehre”, Jena 1909] “gen (kalıt)” adını koyuyor, ama “gen”in fizikî ne olduğu hakkında bir fikir yok.

1943 – O. T.Avery, C. M. MacLeod, ve M. McCarty[3 / J. Exp. Med. 79, 137 (1944)]: DNA, bakterilerde biyo-özgüllüğün taşıyıcısı.

G. Beadle ve E. Tatum[4 / Proc. Natl. Acad. Sci. 21,499 (1941)]: “Bir gen à bir enzim” önsavı.

1953 – J. D.Watson ve F. Crick[5 / Nature 171, a)737, b) 964 (1953)], ( Linus Pauling’in sarmal fikrinden ilham alıp Wilkins ve asıl Rosalind Franklin’in x-ışınları verilerini yorumlayarak. Bu olayın gerçek tarihçesi için Bkz. [20] / Bekir Karaoğlu, Bilim ve Ütopya, Sayı 135, 32 (Eylül 2005) ). İşte öylece Watson ve Crick DNA’nın özdeciksel (moleküler) çift sarmal yapısını buluyor. Moleküler kalıtım, klâsik Mendel kalıtımının yerini almaya başlıyor.

“ ‘Gen (kalıt)’, DNA molekülünün yanyana belli bir takılar (A, T, G, C takıları) kısmî dizisidir; her ‘gen’ bir proteini (önbesiyi), (yâni belirli bir amino asitler dizisini) şifreler. Ayrıca, çift sarmal iki şeride açılıp her şeridin mütekabili bir şeridi imâl etmesiyle, o DNA kendisinin suretini yapar, böylece çoğalır. Çift sarmal kendi başına kararlıdır (“stabil”); bu da kalıtımın kararlılığını, türlerin devamını sağlar” fikirleri, sonraki yaklaşık elli yıl, âdetâ bir din gibi bir temel inançlar dizgesi hâline geldi.

1970’ler ortaları – DNA “terziliği” (“rekombinant DNA”) teknikbiliği, bakterilere (onların virüsü gibi olan) “faj” ların girmesiyde oluşan DNA kesici, ayrıca parçalarını yapıştırıcı enzimlerin bulunmasıyla başladı. Artık bir canlının DNA’sı değiştirilebilecekti.

1990-2001 – İnsan “genomu” (‘kalıtga’sı) ( insan DNA’sının tümüyle takıları dizisi) tespit edildi (ayrıca bazı değişik canlı türlerinin de). Zan edildi ki, (tüm şifre bulunduğuna göre), artık kalıtsal (ırsî) hastalıkların hepsine çâre bulunacak, her ferdin, kendisinin bile bilmediği vasıfları, daha doğar doğmaz tespit edilebilecek. [Bu bizi bile, bir ara toplumsal açıdan endişeye düşürmüştü: Öyle ya, düşünün ki, bir devletin bilgisayarlarında, her ferdin, tüm özelliklerini önceden verecek DNA şifresi kayıtlı! (Bkz. O. Sinanoğlu[6 / “Hedef Türkiye” kitabı sf. 84 (Otopsi Yayınevi, İstanbul, 22.Baskı: Mart 2005]

1999-2005 – Şu işe bakın ki, genomun tümü tespit edilince, yukardaki “moleküler gen (özdeciksel kalıt)” fikir ve nazariyeleri pekişeceğine, tersine, “gen”in gerçekten ne olduğu hakkında belirsizlik iyiden iyiye arttı ve moleküler biyolojinin elli kadar yıllık temelleri sarsıldı. Şimdi “moleküler gen” zannının yerini (aşağıda izâh edeceğimiz) bambaşka bir kavram almaya başlıyor.

Moleküler biyoloji (özdeciksel dirilbilim) ve kalıtım dalının yeni manzarasına bakmadan önce, bakteriden insana, bitki olsun, hayvanat olsun her türlü hayatın temel ortak yapıtaşlarına, hayatın ortak özelliklerine bir göz atalım:

Her türlü hayatın temel ortak yapısı

Dünyanın oluşumu 4,5 milyar yıl önce ( -4,5 x 109).

Evvelâ “kimyasal evrim” başlıyor. İlk basit (“organik”) moleküller biraz karmaşıklaşıyor (ilk amino asitlerden peptidlere, derken ilkel proteinimsilere).

Sonra:

-3,5 x 109 yıl: İlk “çekirdeksiz tek hücreliler (prokaryotlar)” (DNA’ları hücre zarına tutunmuş vaziyette).

-2 x 109 yıl: “Çekirdekli tek hücreliler (ökaryotlar)”.

-1 x 109 yıl: Tek cins hücreden oluşan çok hücreliler (ilkel yosunlar gibi).

-0,65 x 109 yıl: Değişime uğramış birkaç cins hücreden oluşan ilkel organizmalar.

-0,5 x 109 yıl: Ayrı ilkel bir canlı yapı olan mitokondiriyanın (anarobik) hücrenin içine alınmasıyla oksijen kullanabilen (arobik) hücreler oluşuyor. Sonra:

-0,25 x 109 yıldan itibâren değişimli çok hücreli yaratık türleri bitkiler ve ilkel hayvan türleri [İlginç türler olan mantarlar bitkiden çok hayvana yakın] hızla artıyor (biyo-evrim).

- 6 x 106 yıl: Maymungiller

- 200.000 yıl: Son iki yüz bin yıldır bugünkü insan türünün (homo sapien sapien) toplumsal evrimi.

- 80.000 yıl: Seksen bin yıldır da [toplumun gönlü dediğim] kültürün gelişimi.

Görülüyor ki, kimyasal maddelerden başlayıp insana kadar gelen evrimde en çok zaman çekirdekli tek hücrelilerin oluşumuna dek geçmiştir. Sonraki adımlarla gittikçe daha karmaşık çok hücreli yaratıkların, milyonlarca çeşit bitki ve hayvan türlerinin gelişimi nispeten az zaman almış. Neden?

i) İlk tek hücreliden insana kadar tüm yaratıkların kimyasal yapıtaşları aynı; hepsi 50 kadar tekiz (yb. “monomer”) özdecik türünden oluşuyor (amino asitler, şekerler, pürin, pirimidin takıları,…). ii) Tüm hayvan türlerinde sâdece 220 kadar çeşit (değişime uğramış) hücre, tüm bitkilerde ise 10 kadar değişik cins hücre var. iii) Canlılardaki yüzlerce değişik protein cinsi ki canlının yaşabilmesi için gerekli asgarî enzim (çeşidi) sayısı bunun 300 kadarı, yalnızca 20 kadar değişik amino asit cinsinden; onların îmâlinde (sâdece) şifreyi sağlayan DNA

( polinükleotid) ise 4 çeşit (A,T, C, G) takısı olan fosfat ve deoksi-riboz şekeri tekizlerinden yapılı çoğuzlar (yb. “polimer”, “kopolimer” (eşçoğuz)). iv) Hayatî kimya tepkimelerinde gereken serbest erkeyi (enerjiyi) temin eden veya artan serbest erkeyi alıp taşıyan, hayat işlemlerinin tedavüldeki parası, kısa vâdeli serbest erke mahfazası ATP (adenosin üçfosfat) da, hücrede önemli değişik işlevleri olan RNA , AMP,.. de, fosfat, riboz şekeri, ve takılarımızdan A, G, C, bir de T’nin benzeri U (urasil)’den mâmul.

Demek ki temel yapı tüm canlılarda hemen hemen aynı ve son derece tutumlu, iktisâdî olarak nispeten (milyonlarca canlı türü sayısı ile karşılaştırıldığında) pek az cins yapıtaşından inşa edilmiş. İlâveten, belirli bir sayıda olan tepkime cinsleri [-- her tepkimede bir enzim çeşidi kullanılıyor olsa bu ~300 tepkime eder; ama tabii enzimsiz tepkime adımları da yok değil-- ], metabolik çevrimler de hayat türlerinde ortak. Buradan, evrim sürelerinin izâfî uzunlukları hakkında şu sonucu çıkarıyorum:

Evrimde en uzun süreyi, hayatın temel kimyasal düzeneğinin, o tutumlu, her canlı türünde kullanılabilen ‘hayatî makina’ aksamının gelişmesi almıştır. Ana aksam(ve onlara dayanan kimyasal tepkime işlergeleri (yb.”mekanizma” ), daha ilk tek-hücrelilerde oluştuktan sonra, bu aksamdan görünüşte gittikçe daha karmaşık çok hücreli canlı türlerinin oluşması nispeten az zaman aldı.

Hayatın ana özeliklerinden biri de, kimyasal dizgenin, kendi kendini inşa eden ve de kendi suretlerini çoğaltan yapılara yol açması. Üstelik o çok çeşitli yapılarda kullanılan “taşlar” ve de “makina”nın kimyasal işleyiş düzenekleri/işlergeleri aynı! Tasavvur edin ki, arabasından, uçağa, helikoptere, gemiden,kayıktan, eve, gökdelene kadar ne varsa hepsi aynı parçalardan imâl ediliyor. Üstüne üstlük, bu parçalar kendi kendilerine değişik yapıları îmâl veya inşa ettikleri gibi, öz benzerlerini de yapıp çoğaltıyorlar! Peki, kimyasal tepkimelerden oluşan işlergeler (“mekanizmalar”) (fiziksel kimyadaki anlamında)) bu işleri nasıl yapabilir? Böyle işlergelerin temel özellikleri neler olmalı? [Cevabı bulmak için vâz ettiğimiz riyâzî (matematiksel) ve fiziko-kimyasal kuramdan da bu yazıda, yeri gelince, biraz olsun bahsedeceğim.]