İçimizdeki Evren

GİRİŞ

Kanser nasıl oluşur? Küçücük virüsler dünyayı nasıl etkiler? Kök hücreler hasarlı dokuları nasıl onarır? Epigenetik de nen şey, genlerimizi nasıl değiştirebilir? Beynimizdeki sinir hücreleri hafızamızı nasıl oluşturur? Peki ya aynı hücreler, duygularımızı nasıl değiştirir? Mikrobiyota denen bağırsak bakterileri ruh halimizi etkileyebilir mi? Yapay yaşam yaratmak mümkün mü?

Bütün bu soruların yanıtı sadece biyolojide değil, moleküler biyolojide saklı.

Ama endişelenme, bu kitabı okurken teknik terimlerin içinde boğulmayacaksın.

Moleküler biyolojinin sırlarını hayattan örneklerle, birlikte keşfedeceğiz.

Moleküler biyoloji, laboratuvarların kapalı kapıları ardında gizlenmiyor. Her bir hücremizden bize sesleniyor. Hepimi zin hayatı boyunca her an çalışıyor, hiç boş durmuyor. Yani burada amacımız, uzaklardaki laboratuvarlarda neler yapıldığını anlatmak değil. Senin içinde, seninle birlikte neler olup bittiğini göstermek.

Hazırsan gel, birlikte mikroskobun başına oturalım! Bölüm 1 Hücre: Görünmez Fabrika Vücudumuzda çalışan otuz yedi trilyon işçi Eğer mikroskopla vücudunun içine bakabilseydin, dev bir şehirde dolaşıyormuş gibi hissederdin. Gökyüzü yok, yollar yok… Ama her yerde kıpır kıpır çalışan trilyonlarca işçi var. Onlar hücreler. “Canlılığın en temel yapı taşı” diye bildiklerimiz hani. Ve sayıları akıl almaz derecede! Yaklaşık otuz yedi trilyon! Her biri kendi işinde usta. Bazıları enerji üretiyor, bazıları temizlik yapıyor, bazılarıysa haber taşıyor. Patron yok, mola yok, tatil yok… Ama işler tıkır tıkır yürüyor. Dedik ya… Hücre, canlılığın temel yapı taşı. Onu, vücudunun en küçük “odası” gibi de düşünebilirsin. Ama bu, boş bir oda değil. İçinde bir yönetim ofisi, enerji santrali, kargo merkezi ve hatta geri dönüşüm tesisi bile var. Bazı canlılar işte bu tek odadan, yani tek bir hücreden ibaret (örneğin bakteriler). Bizim gibi karmaşık canlılarsa, milyonlarca hatta trilyonlarca hücrenin iş birliğiyle hayatta kalıyor. Hücreyi ilk kim gördü?

1665’te İngiliz bilim insanı Robert Hooke, el yapımı mikroskobuyla bir mantar parçasını incelediğinde küçücük odacıklar gördü. Bunlara “hücre” adını verdi. Hook bu ismi, Latincede ‘küçük oda’ anlamına gelen cellula kelimesinden esinlenerek seçmişti; çünkü gördüğü bu boşluklar ona manastırlardaki keşiş odalarını anımsatmıştı. Hook’un gördüğü şeyler aslında ölü hücrelerin duvarlarıydı. Ama bu gözlem biyolojide dev bir kapıyı araladı. Sonraki yüzyılda Schleiden ve Schwann, tüm canlıların hücrelerden oluştuğunu açıkladı. İşte bu, Hücre Teorisi denen temel biyoloji yasasının başlangıcı oldu. Hücrelerin iki ana tipi Tüm canlılar hücrelerden oluşsa da, tüm hücrelerin yapısı aynı değil. Bildiğimiz iki tip hücre var. 1. Prokaryot hücre yapısı: En basit tasarıma sahip hücreler veya canlılar diye bilinir. DNA’ları odacığın ortalık yerinde dağınık şekilde durur, onu çevreleyip koruyan bir yapı (çekirdek zarı-çekirdek) yoktur. Bakteriler bu gruptandır. 2. Ökaryot hücre yapısı: Daha gelişmiş hücre yapısıdır. DNA, özel bir ofis gibi düşünebileceğin çekirdeğin içinde saklanır. Senin hücrelerin bu gruptan. DNA dediğimiz genetik materyal, bu iki tipin ortak hazinesi, en kıymetlisidir. DNA’larımız, hücrenin yapacağı her işi tarif eden, eksiksiz bir talimat ki tabı gibidir.

Hücrenin içi neye benzer?

Küçük oda dediğimiz hücreyi, şimdi dev bir fabrika gibi hayal et. Peki bu fabrikaya girdiğimizde nelerle karşılaşırız? • Çekirdek – Yönetim merkezidir. Ökaryotlarda DNA burada korunur.

• Mitokondri – Enerji santralidir. Ökaryotlarda ATP denen hücresel yakıtı üretir.

• Ribozom – Protein atölyesidir. Her tip hücrede, canlılığın en önemli yapısal molekülleri olan proteinler burada üretilir. • Endoplazmik retikulum (ER) – Ökaryotlarda, üretilen proteinleri işler, bazen paketler.

• Golgi aygıtı – Ökaryotlarda üretilen molekül paketlerini alır, şekillendirir, gerekli yerlere gönderir. Hücrenin kargo şirketidir.

• Lizozom – Ökaryotlarda hücrenin temizlik ekibidir. Gereksiz parçaları yok eder, artıkları geri dönüştürür. • Hücre zarı – Tüm hücre tipleri için güvenlik kapısıdır. Giriş çıkışlar ondan sorulur.

Anlayacağın, hücre içindeki yapıların hepsi farklı işler yapar, yani fabrikanın farklı departmanları gibidir. Kusursuz bir ekip olarak birlikte çalışırlar. Tek bir departmandaki aksaklık bile, tüm sistemi zorlar.

Hücre hangi işleri yapar?

• Enerji üretir.

• Proteinleri inşa eder.

• Mesaj taşır.

• Kendini onarır.

• Çoğalır.

• Hatta gerektiğinde “benim işim bitti,” diyerek kendini planlı şekilde yok eder.

Hücreler neden bu kadar önemli?

Çünkü en başta da dediğimiz gibi sen aslında hücrelerden ibaretsin. Kasların, cildin, beynin, kalbin… Tüm bunlar, hücrelerin bir arada çalışmalarının eseri. Her organ, hücrelerin bir araya gelmesiyle oluşturduğu dokulardan meydana gelir. Ve küçük işçilerin olan hücreler, sen uyurken bile durmak sızın çalışır.

Merak ettin mi

Tüm hücrelerimizin DNA’sı aynıysa, neden bazıları kas, ba zıları sinir, bazıları deri, bazıları kan hücresi? Çünkü hepsi aynı kitabı (DNA’yı) okuyor ama farklı sayfalarını. Her hücre, kendi işine yarayan sayfaları açıp diğerlerini görmezden geliyor. Bu sayede de farklılaşıyorlar. Biliyor muydun?

• Hücrelerin hemen hemen hepsi mikroskobiktir. Yani an cak mikroskop altında görülebilirler. İnsan vücudundaki hücrelerin en küçüklerinden biri de spermdir. En büyüğüne gelince… Yumurta hücresi! Yumurta hücreleri, çıplak gözle görülme sınırına çok yakın büyüklükte olabilirler! • Bazı hücreler sadece birkaç saat yaşarken bazıları seni ömrün boyunca terk etmez! (Beyin hücrelerin, en sadık ekibin.) • Her saniye milyonlarca hücre ölüyor… Ama aynı hızda ye nileri ortaya çıkıyor!

• Mikroskopla görülebilen o küçücük hücrelerin içinde her gün metrelerce DNA kopyalanıyor!

?

Hücre: Trilyonlarca küçük işçi, tam zamanlı mesai.

Bölüm 2

Moleküller Konuşuyor: DNA, RNA, Protein Hücrenin dili Her fabrikanın nasıl işleyeceğini, hangi ürünün ne zaman üretileceğini söyleyen bir ana planı vardır. Hücredeki durum da bundan farklı değildir; ana plan DNA’da, talimat kitabında yazılıdır. Ama DNA tek başına sahneye çıkmaz. Yanında mesajını taşıyan kuryeler (RNA) ve talimatı hayata geçiren ustalar (proteinler) vardır. Bu yapılar hep birlikte çalışarak canlılığın her detayını yönetirler. Hücredeki bu moleküler disiplin, aslında yaşamın ta kendisidir. Bizse onu anlamaya yeni başlıyoruz.

Hayatın şifresi: DNA

DNA (Deoksiribonükleik Asit); prokaryotlarda hücrenin içinde, ökaryotlardaysa hücrenin çekirdeğinde saklanan genetik tarif kitabımız demiştik. Vücudunun nasıl çalışacağını, nasıl gelişeceğini ve hatta nasıl onarılacağını belirleyen genetik talimatlar bu kitapta yer alır. Tüm kitapta kullanılan bu dilin alfabesiyse sadece dört harften oluşur! Bunlar, A (Adenin), T (Timin), G (Guanin), Sitozin (C [İngilizcesi-Citosine]) adında organik bazlardır. Yalnızca bu dört harften, üç milyar ardışık dizi yazdığını düşün. İşte bu şekilde ortaya çıkan kitap da senin DNA’n, yani sen oluyorsun.

Genetik alfabe: A, T, G, C

• Adenin (A) her zaman Timin (T) ile eşleşir. • Guanin (G) her zaman Sitozin (C) ile eşleşir. Bu basit ama sağlam kural sayesinde DNA, kendini hatasız kopyalayabilir. Ve bu kısacık alfabe, milyarlarca canlı türü nü oluşturmaya yeter. DNA talimat kitabın, “gen” adı verilen bölümlere ayrılır. Her gen, bir reçete gibi, belli bir iş için yazılmış bir bölümden ibarettir. DNA’nın şekliyse, merdiven basamaklarının bükülmüş hâline benzer. Buna da çift sarmal yapısı denir.

Kim keşfetti bu DNA’yı?

1953’te James Watson ve Francis Crick, DNA’nın çift sarmal yapısını açıkladı. Aslında bu buluşun en önemli kaynağı, Rosalind Franklin’in X-ışını altında çektiği DNA fotoğrafıydı. Bahsi geçen ikili, fotoğraf sahibinin rızası bile olmadan, hatta onu kaynak bile göstermeden görseli kullanarak çift sarmal yapıyı bulduğunu açıkladı. 1962’de Watson ve Crick ile Ro salind’in doktora hocası Maurice Wilkins, Nobel ödülü aldı. Rosalind Franklin’in bu törende maalesef adı bile geçmedi. Kendini adadığı çalışmalar sebebiyle kanser olup vefat etmiş olması da, üçlünün işini kolaylaştırdı. Franklin, uzun yıllar bilim tarihinin görünmez kahramanlarından biri olarak anıldı, ama biz artık biliyoruz: Çift sarmalın asıl kanıtını Rosalind Franklin buldu.

Peki ya RNA?

DNA, hücrenin merkezinde güvenle saklanır ama talimatlarının, üretim atölyelerine ulaşması gerekir. İşte RNA (Ribonükleik Asit) tam da bu noktada devreye girer. DNA talimatının kopyasını alır (transkripsiyon) ve protein yapımının başla ması için gerekli bu talimatı, ribozomlara (protein atölyele rine) taşır. Farklı RNA tipleri ve her birinin farklı görevleri olduğunu da söylemeden geçmeyelim. Bunları hem sekreterlik hem kuryelik hem de tercümanlık yapan kalifiye elemanlar gibi düşünebilirsin. Örneğin mRNA mesajcı, tRNA taşıyıcı, rRNA da protein atölyelerinin, yani ribozomların yapı taşıdır. Dolayısıyla RNA molekülü olmadan DNA bilgisi öylece yerinde dururdu ve üretimin gerçekleşmesi bir hayal olurdu.