Hücre İçi Trafik

Canlıların temel yapıtaşı olan hücre, üzerinde düşünülmesi gereken harika bir dünyadır. Birçok hücre bilimcisi hücreyi tarif ederken, o muhteşem kompleks yapı içerisinde saklı bulunan bozulması zor ahengi anlatacak kelime bulamamış, onu ancak büyük bir orkestraya benzeterek tanımlayabilmiştir. Hücre çok karmaşık, ama aynı derecede uyumlu bir orkestraya benzer. Nasıl bir orkestrada yüzlerce ses uyumlu bir şekilde çıkarsa, hücre içerisinde binlerce işlem aynı anda ahenk ve uyum içerisinde gerçekleşir. Hücreyi gerekli maddelerin seçilip içeriye alındığı, gereksiz olanların dışarıya atıldığı bir gümrük; enerjinin sentezlenip verimli bir şekilde kullanıldığı bir santral; yüzlerce sinyalin alınıp verilerek gerektiği gibi işlem gördüğü bir bilgisayar; biyolojik programın kodlandığı şifrenin, yani DNA'nın kopyalanıp, yeni yaratılan genç hücrelere geçirildiği bir üretim merkezi şeklinde tarif etmek mümkündür.
Hücre, ahengine zarar verecek çok küçük hatalara dahi toleransı olmayan bir yapıdır. Hastalıklar bu ahengin bozulmasından başka bir şey değildir. Hemoglobinde meydana gelen bir aminoasidin değişmesiyle orak hücreli anemi, hücre zarındaki tek bir iyon kanalının gerektiği gibi işlemeyip transfer etmesi gereken iyonları hücre içerisinde bırakmasıyla cystic fibrosis, kas hücrelerinde organizasyonla vazifelendirilmiş bir proteinin görevini yapmamasıyla kas distrofisi (kas dokusunda meydana gelen bozulmalar) bu gerçeğe misal teşkil eder. Her biri sadece bir proteinin yapısındaki bir veya birkaç aminoasidin (aminoasitler proteinlerin yapıtaşlarıdır) değişmesiyle (mutasyon) ortaya çıkan bu hastalıklara başkalarını eklemek mümkündür. Eğer normal büyüklükteki bir proteini, yaklaşık 500 aminoasidin oluşturduğu göz önünde bulundurulursa, her bir aminoasidin ne kadar titizlikle seçilip proteinin yapısına yerleştirildiği anlaşılabilir.

Hücre bilimcileri; hücre içerisindeki molekülleri, küçük ve büyük moleküller olmak üzere iki ana gruba ayırmışlardır. Küçük moleküllerin temel vazifesi, büyük moleküllerin yaratılmasında yapıtaşı oluşturmaktır. Meselâ hücre içerisindeki aminoasitlerin bir araya gelerek proteinleri oluşturması, yahut nükleotidlerin kafa kafaya vererek DNA'yı oluşturmaları gibi. Büyük moleküller ise, çoğunlukla hücre içi hayatî fonksiyonlardan mesuldür ve bu gruba en güzel misali de proteinler teşkil eder. Hemen burada aklınıza şu soru takılabilir: Gerek atomların birleşerek aminoasitleri yapmaları, gerekse aminoasitlerden protein sentezlenmesi gibi hayatın biyolojik yönüne ait sırların gizlendiği kimyevî reaksiyonların aksamadan yürütülmesi tesadüfen veya kendi kendine olabilir mi? Atom ve moleküllerin bu mükemmel sistemi tesis etmeleri için akıl, şuur veya iradelerinden bahsedilebilir mi? Şayet bu sorulara cevabımız hayır ise, aklımızı, kalbimizi ve vicdanımızı ikna edecek gerçek cevap nedir?

Proteinler, hücre içerisinde reaksiyonların hızlandırılmasından tutun da, genlerin kontrolüne kadar sayısız hâdisede vazifeleri olan vazgeçilmez yapı taşları, diğer bir ifadeyle hücrenin belkemiğidir. Dolayısı ile bir hücre içerisinde binlerce farklı fonksiyonu yerine getiren, binlerce farklı protein bulmak mümkündür. Meselâ, istisnalar göz ardı edilecek olursa, ‘hücre içerisindeki her reaksiyon özel bir proteinle gerçekleşir,’ denebilir. Basit bir canlı olarak gördüğümüz bakterilerden koli basili (e.coli)'nin DNA'sının 4.300 kadar proteini kodladığı düşünülürse, bunun ne mânâya geldiği daha iyi anlaşılır.1 Gerhardt, kitabında 2.500'ün üzerinde biyokimyevî reaksiyonun, o reaksiyona has vazifelendirilmiş bir protein tarafından katalize edildiğini söylemektedir.2

Karmaşık yapılı hücrelerin içindeki proteinlerin faaliyetlerinden sadece birkaç misal bile bizi hayrete düşürmeye yetecektir. Öncelikle şunu belirtmek gerekir ki; karmaşık hücre, farklı birimlerden oluşmuş bir bütündür. Onu, çok bölümlü bir fabrikaya benzetmemiz mümkündür. Nasıl ki, bir fabrikada her bölüm ayrı bir görev için ayrılmışsa, aynen öyle de, hücre içerisindeki her bölüm (organel), belli bir görev için ayrılmıştır. Meselâ hücrenin bütün genetik şifresi, çekirdek denen bölümünde işlem görürken, hücre zarının sentezi endoplazmik retikulum denen ayrı bir bolümde, proteinlerin sentezi ise, ribozom adı verilen çok daha farklı bir atölyede gerçekleşir. Hattâ son araştırmalar basit yapılı bakteri hücrelerinde dahi hücre içerisindeki organel benzeri parçalar (görevlendirmeler) olduğunu, hücrenin sitoplazma denen ana kısmının, gelişigüzel su, proteinler ve diğer maddelerle doldurulmamış olduğunu göstermiştir.3 Eğer her bir proteinin görev yerinin hücre içerisinde farklı noktalarda olduğu düşünülecek olursa, akla tabiî olarak, 'Bu proteinlerin sentezlendikleri merkezden görev yerlerine nasıl ulaştırılıyor?' sorusu gelir. Hücrenin ribozomunda sentezlenen ve enerji üretiminde vazife alacak bir proteinin görev yeri olan mitokondriye ulaştırılması gibi. Basit bir mantıkla yola çıkıp, bu proteinlerin görev yerlerine gelişigüzel bir yayılma (difuzyon) hâdisesi ile ulaştığına inanmamız, hücrenin o karmaşık ama ahenkli, mükemmel yapısını inkâr etmemiz demektir. Fakat, vicdan ve kalb kültürüne sahip bir akıl için buna da imkân yoktur.

Hücre içinin çok kalabalık olduğu, taşınmanın oldukça süratli ve yönlü bir şekilde gerçekleştiği düşünülecek olunursa, bu proteinlerin âdeta gizli bir el tarafından hedef noktalarına ulaştırıldığına inanmak gerekir. Aksi takdirde, ribozomlarda üretilen proteinlerin, hücre içerisinde çok büyük bir kargaşaya sebep olacağı âşikârdır. Şunu da belirtmek gerekir ki, hücre içerisinde sadece proteinler değil, bazı organeller de bir noktadan diğer bir noktaya özel olarak taşınmaktadır. En hızlı taşınan maddenin günde 250 mm kadar (veya saniyede 3 mikrometre) yol aldığı bilinmektedir.4 Zaten bilim adamları da, yıllarca böyle bir taşınmanın ancak belirlenmiş yollar üzerinde olabileceğini, öyle gelişigüzel bir şekilde olmasının mümkün olamayacağını ileri sürmüşlerdir. Bugün ise, video mikroskobu gibi yeni tecrübî metotların keşfi ile bu belirlenmiş taşıma yolları açıkça görülmüştür. Tren raylarını andıran bu yollar üzerinde, görev yerlerine doğru hareket eden maddeleri gören bilim adamları, hayrete düşmüş ve bu konuyu daha da derinlemesine inceleyebilmek için deney sistemleri kurmaya çalışmışlardır. Birinci sistem, sinir hücreleri üzerinde; ikinci sistem ise, balıkların yaşadıkları ortama uymaları için renk değiştirmelerine yarayan, renk hücreleri üzerinde yoğunlaşmıştır.
Sinir hücreleri, bütün hücreler arasında boyca en uzun olanlardır. Onları şekil olarak bir anahtara benzetmemiz mümkündür. Sinir hücrelerini, diğer hücrelerden farklı kılan noktalardan birisi, ekzositoz (hücre dışına madde transferi) sebebiyle hücrenin diğer hücrelerle münasebet kurduğu uç kısmından, sürekli protein ve zar kaybetmesidir. Dolayısı ile, hücrenin kaybettiği maddelerin yenilenebilmesi için, sürekli olarak uç kısma proteinlerin ve diğer bazı maddelerin ulaştırılması gerekmektedir. Eğer sentezin sinir hücrelerinin gövde kısmında yapıldığı düşünülecek olursa, hücrenin bu maddeleri bir şekilde uç kısma transfer etmesi gerekmektedir. Bir diğer deney sisteminde ise, bazı balık türleri kullanılmış ve bu balık türlerinin deri hücreleri arasında yayılmış bulunan renk hücrelerinin (melanofor) içindeki renk maddesini (pigment) gerektiğinde hücre merkezinde topladıkları, düşmanlarından saklanmak için de bütün deriye nasıl yaydıkları araştırılmıştır. Çünkü bu hücrelerin süratli ve orantılı bir şekilde deriye yayılması da ancak belirlenmiş yollar üzerinde yapılabilir.

Bu iki deney sistemini kullanan bilim adamları, proteinlerin, pigmentlerin ve diğer maddelerin, gerektikleri yerlere mikrotübül adı verilen yollar üzerinde, motor proteinler olarak adlandırılan bazı proteinlerce taşındığını ispatlamışlardır. Şu ana kadar keşfedilen motor proteinler içerisinde, kinesin ve dynein, üzerinde en detaylı olarak çalışma yapılanlardır. Elektron mikroskobu ile yapılan çalışmalar kinesin adı verilen proteinin aynen bacak yapısını andıran iki tane uzantısının olduğunu ve bu uzantıların mikrotübül dediğimiz yollar üzerinde taşımayı sağladığını ortaya çıkarmıştır. Proteinin diğer kısmı (kafa kısmı) ise, taşınacak maddeyi yüklenmekle görevlidir. Bir başka önemli keşif de, motor proteinlerin her birisinin belirlenmiş bir polaritesi olduğu, diğer bir ifadeyle, taşıdıkları maddeleri sadece tek bir yönde özel hatlar üzerinde taşıdıklarıdır. Meselâ kinesin artı uca yönlenmiş bir motor protein iken, dynein eksi uca yönlenmiş bir motor proteindir. Bu sayede taşınacak yük, gideceği yere yönlü ve kontrollü bir şekilde ulaştırılır.
Kısaca söylemek gerekirse, hücre içi trafik de kâinatta yaratılmış her şey gibi öyle gelişigüzel bir şekilde değil, tam tersine mükemmel bir şekilde tasarlanmış ve işaretlenmiş yollar üzerinde, kargaşasız ve verimli olarak yapılmaktadır. Şehirlerde kurduğumuz trafik sistemi olmasaydı birçok sıkıntının ortaya çıkacağını düşünürsek, bundan binlerce defa daha kompleks bir hücre içi trafik sisteminin eşsizliğini anlayabiliriz. Peusner, basit bir bakterinin dahi şans eseri oluşup oluşamayacağını hesap ederken, bütün gerekli atomların doğru bir sıralama ile bir araya geldiklerini kabul etmesine rağmen 10–254 gibi bir rakamla karşılaşmış 5 ve J. T. Trevis bu rakamın ne mânâya geldiğini yorumlarken; "Peusner'in yaptığı bütün pozitif faraziyelere rağmen, ortaya çıkan bu rakam, ilk canlının yerküre üzerinde bir şans eseri olarak ortaya çıkabileceği ihtimalini tamamıyla ortadan kaldırmaktadır."