Proteinler Nasıl Kalıplanıyor?

* Proteinlerde bir saniyeden daha kısa bir süre zarfında, milyarlarca farklı katlanma ihtimali içinden ‘doğru ve düzgün katlanma’ nasıl gerçekleştirilmektedir?
* Proteinlerin yüz milyar farklı katlanma ihtimali içinden, ‘doğru ve
düzgün katlanma’ kazanabilmesini, tesadüflerle veya deneme-yanılma yoluyla
açıklamak neden imkânsızdır?
* Hücrede proteinlere hangi vazifeler yüklenmiştir?
* Canlılar dünyasında yaratılışın kesintisiz ve dinamik gerçekleştiğini gösteren
moleküler reaksiyonlardan bir kesit

Biyolojinin mikroskop öncesi yıllarında, hatta evrim teorisinin ilk ortaya atıldığı zamanlarda, hücre ve dokuların intizamsız, karmakarışık, muhallebi gibi bir yapıya sahip olduğu zannediliyordu

Son yıllarda geliştirilen ayrım gücü yüksek mikroskoplarla, hücre ve dokular incelendiğinde, iç mimarilerinde akıllara durgunluk veren bir nizam ve intizam olduğu görülmektedir Hücre ve dokuların yapıtaşı olan protein isimli nano-makinelere, moleküler seviyedeki bu düzenin ortaya çıkışında ve sürdürülebilirliğinde önemli vazifeler yüklenmiştir

Metabolik fonksiyonları olan proteinlerin üretimi, DNA’nın kopyalanması ve hücrenin hareketi bunlardan bazılarıdır Her bir moleküler makine, sebepler plânında üstlenmiş olduğu fonksiyonu yerine getirebilecek hususiyetlerde yaratılmıştır Meselâ, bir bakterinin hareketliliğinde rol alan kamçıyı döndüren motor, protein yapısındaki kırk ayrı parçadan inşa edilmiştir

Her bir parça, bir ölçü ve algoritmayla bir araya getirilmekte ve neticede hareketi açığa çıkaran moleküler bir motor yaratılmaktadır Motorun parçalarından birinin bile olmaması veya gerekenden biraz farklı olması, mekanizmanın çalışmasını engellemektedir Günlük hayatta kullanılmakta olan elektronik âletlerdeki mikro motor yapısından daha karmaşık olan bu mekanizma, hücrede sadece milimetrekarenin onbinde biri kadarlık bir alan kaplar

Moleküler motorların temel unsuru, proteinlerdir Her protein, aminoasit denen alt birimlerin peptid ismi verilen kimyevî bir bağla uç uca eklenmesiyle oluşturulmaktadır Proteinlerin düz zinciri andıran birinci yapıları, bir yün yumağı gibi, kendi etrafında sarılması ve paketlenmesiyle ikinci dereceden bir yapıya dönüştürülür

Proteinlerin kendi üzerinde katlanma hâdisesini, kağıt katlama sanatı olan origamiye benzetebiliriz Origamide, uygun katlamalarla, aynı kağıttan bir kurbağa veya kuğu şekli yapılabilir Fakat burada gözden kaçırılmaması gereken husus, basit şekiller için bile birçok katlamaya ihtiyaç olması ve yapılan küçük bir hatanın, istenilen şekle ulaşmaya engel olmasıdır

Hücre içindeki moleküler motorların inşasında, origamideki kağıdın görevini üstlenen yapı, ilk önce düz zincir şeklinde sentez edilen bir protein molekülüdür Daha sonra, çaperonlar adı verilen ve proteinlerin doğru şekilde katlanmalarında vazifeli moleküller vasıtasıyla, bir saniye veya daha kısa bir süre içinde ilgili protein zinciri kağıt gibi katlanmakta ve moleküler motorun bileşenleri üretilmektedir

Proteinler, vazifelerini sağlıklı şekilde yerine getirebilmeleri için, kâğıttan daha kompleks bir katlanmaya ihtiyaç duyar Bu yüzden yanlış bir katlanma, proteini işe yaramaz hâle getirir Meselâ, deli dana hastalığına yol açan temel faktörün (prion), protein yapısındaki faktörlerin olması gerekenden farklı katlanması olduğu düşünülmektedir

Her biri bir devleti andıran hücre içi yapılanma ve işleyiş, akıllara durgunluk verecek kadar ince hesaplar üzerine kurulmuştur Hücre içi makinelerin ince bir plân, program ve ölçüyü gerektiren bu fevkalâde mimarileri ve çalışma prensipleri, günümüz bilim dünyasının revaçta olan araştırma konularındandır Sadece bu sahada binlerce araştırma yapılmakta, kongreler, sempozyumlar düzenlenmekte ve kütüphaneler meydana getirecek kadar kitap ve makaleler yazılmaktadır

Bu makinelerin şaşmadan hatasız şekilde işleyişinin mekanizmasını ve sırlarını keşfetmek isteyen araştırmacıların karşısına, ‘nanometre boyutlarındaki protein parçalarının hücre içinde nasıl olup da bir saniye gibi kısa bir zamanda fonksiyonel bir motor şeklinde üretildiği’ sorusu çıkmaktadır

‘Protein katlanma problemi’ diye bilinen bu soru, son otuz yılda çözülemeyen en girift problemlerden biridir Bu probleme mevcut istatistikî mekanik ve fizik teorileri, çözüm üretmekte yetersiz kalmaktadır Çok sayıda aminoasitin birbirine peptid bağlarıyla eklenmesi neticesi inşa edilen proteinin birinci yapıları, ihtiva ettikleri aminoasitlerin hususiyetlerine göre, sadece belirli noktalarda katlanabilmektedir

Sıradan bir protein 200-300 aminoasit ihtiva etse de, hücre içi moleküler makinelerin ve motorların inşasında kullanılan proteinler, genellikle çok daha fazla sayıda aminoasit ihtiva eder Meselâ, kalb kasında bulunan titin adlı bir proteinin yaklaşık 27000 aminoasitten meydana geldiği bilinmektedir Dolayısıyla, proteinlerin kendi üzerinde katlanma tercihleri (katlanabileceği yer ve farklı katlanma şekli sayısı) oldukça fazladır Meselâ, üç eklemli, her eklemden üç farklı yöne bükülebilen düz bir çubuk düşünelim Bu çubuktan değişik katlamalar ile 33 = 27 farklı şekil elde edilebilir

Çok kaba bir hesapla, yapısında 100 aminoasit bulunan bir proteinde, her aminoasit ekleminin sadece iki yöne katlanabildiği varsayılırsa, aminoasit zincirinden yaklaşık 1030 farklı şekil elde edilebilir Daha gerçekçi bir hesapla, protein 1000 eklemli ve her eklemi üç boyutlu uzayda 100 farklı yöne dönebilen bir çubuk olarak düşünülürse, bu katlamalar neticesi yaklaşık 1000100 = 10300 farklı şekil elde edilebilir Bu sayı, bilinen kâinattaki atom sayısı olan 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (1080) sayısından çok daha fazladır

Proteinlerin bir an için akıllı ve şuurlu olduğunu farzedelim: Bir protein saniyede kendi başına 100 milyar farklı katlanma ihtimalini deneseydi, bütün ihtimalleri değerlendirerek doğru şekle ulaşması 100 milyar yıl sürerdi Ortalama olarak her bir hücrede 3000-5000 çeşit protein olduğunu kabul edersek, bir hücrenin kendi kendine veya sebeplerle tesadüfen inşa edilmesi ve pürüzsüz şekilde fonksiyonlarını sürdürebilmesinin ne kadar imkân dışı olduğu açıkça görülecektir

Halbuki, bu hâdise, Sonsuz İlim ve Kudret Sahibi Yaratıcı’nın “kün(ol)” emriyle hücre içerisinde bir saniye veya daha kısa bir sürede gerçekleştirilmektedir

Biyolojik sisteme bağlı hayatın sürdürülebilirliği, hücrelerin temel yapıtaşlarından olan proteinlerin (aslında pamuk ipliğinden milyon kez ince bir ipliğin) çok ince bir sanat ve ilimle katlanmasına bağlı, mu’cizevî bir hâdise olduğu görülmektedir Son yıllarda bu mu’cizevî katlanmanın kendi kendine değil, çaperonlar eşliğinde gerçekleştirildiği bulunmuştur

Proteinlerin doğru şekilde katlanmasında vazifeli çaperonlar, milyarlarca katlanma ihtimali içerisinden doğru katlanmayı gerçekleştirmede proteinlere yardımcı oldukları gösterilmiştir Proteinleri bu kadar kısa sürede “Kün (ol)” emriyle katlayan “Sonsuz İlim ve Kudret Sahibi” sebepler ve imtihanlar dünyasında bu muc’izevî hâdiseye de çaperon isimli molekülleri perde kılarak, kudret ve azametini gizlemiştir Önümüzdeki yıllarda geliştirilecek yeni teori ve model mekanizmalarla ve yeni keşfedilecek moleküllerle, proteinlerin katlanması bugünkünden daha da iyi açıklanabilecektir

Ancak tespit edilen ve ortaya konan mekanizmalar ve sebepler, bir şeyin olmasını dilediğinde buyruğu “Ol!” demekten ibaret olan Kudret-i Ezelî’nin izzetine perdedâr olmaktan öteye geçemeyecektir Doğumundan itibaren insanı, her an her hücresinde molekül molekül yeniden inşa eden bir Kudret eli olduğu gerçeğini değiştiremeyecektir





Dr Tevfik TEZCAN

Kaynaklar
- Protein Bilgi Bankası
- “Protein Folding”, Susan Cates, Rice Üniversitesi
- “Hayatın Üretim Mesajını Çözmek”, David Brown, The Washington Post