Ocak 2003 sayisinin ücrets‹z ek‹D‹R

Tüm evrende yaln›z bir tek yaflam biçimi biliyoruz: Dün-

ya üzerindeki yaflam. Kökü ve genetik organizasyonlar› aç›-

lar›ndan  bir  birlik  oluflturan  dünya  canl›lar›,  etkileyici

bir  basitlikteki  temel  yap›lar  üzerinde  yükselen  ola-

¤and›fl› bir karmafl›kl›k gösterirler. Karmafl›kl›¤›n kö-

keninde, milyarlarca y›ll›k evrimin birikimi, basitli¤in

kökenindeyse  yaflam›n  yap›s›na  giren  farkl›  atom  ve

moleküllerin oldukça s›n›rl› say›s› yat›yor. 

Yaflam Nedir?

Yaflam,  içinden  enerjinin  ‘akabildi¤i’,  ‘yüksek  derecede

örgütlenmifl’ madde olarak al›nabilir. O zaman yaflam›, mad-

denin  di¤er  özelliklerine  (örne¤in  m›knat›sl›k  özelli¤ine)

benzer flekilde ele almay› düflünebiliriz miyiz? Canl› madde-

yi  atom  ve  moleküllerin  di¤er  kombinezonlar›ndan  ay›ran

‘gizemli’ fark nedir? 

‘Canl›’ maddenin en belirleyici özellikleri, üreme ve ge-

liflme/büyüme yetisi. Bir alev de baflka alevleri bafllatabi-

lir (kendisini yaratabilir); ancak, geliflip kendi iç dinamik-

leriyle, baflka bir fleye baflka tür alevlere -örne¤in pasa

dönüflemez.  Yaflam›n  fosil  kay›tlar›ndan  biliyoruz  ki,

yaflam  kendini  sürekli  olarak  de¤ifltirdi  ve  balinalar-

dan a¤açlara, kufllara, mikroplara, alglere kadar her

ortamda yaflam›n yeni örneklerini oluflturdu. Bütün

bu genifl yelpazeli farklar›n alt›ndaysa, ayn› kökten

gelmenin izleri bulunuyor. Bu birlik ve basitli¤i gö-

rüp  takdir  edebilmek  için,  canl›  maddelerdeki  atom

ve  moleküllerin  tip  ve  türlerine  e¤ilmek,  maddenin

canl› kalmas›n› sa¤layan kimyasal reaksiyonlar› daha

yak›ndan incelemek gerekiyor.

Biyolojik Olarak Önemli Bileflikler

Canl›lar›n  içerdikleri  elementler  listesi  bize  yaflam›n  ne

oldu¤unu söylemez; bu, bir kekin yap›m› için gerekli mal-

zemeler listesinin bir kek olmamas›na benzetilebilir. Ele-

mentlerin molekülleri, moleküllerin de karmafl›k mole-

külleri  nas›l  oluflturdu¤una  daha  yak›ndan  bakabili-

riz.

Canl›lar› molekül düzeyinde ele ald›¤›m›zda, ya-

flam  biçimlerinin  oluflumunda,  az  say›da  oldukça

basit moleküllerin söz konusu oldu¤unu görmekte-

yiz.  Örne¤in,  canl›lar›n  temelindeki,  polimer  dedi¤i-

miz  bir  dizi  karmafl›k  molekülün,  monomer  denilen

bir dizi daha da basit, birbirine eklenebilen molekül-

den  oluflmakta  oldu¤unu  görürüz.  En  önemli  mono-

merler aras›nda, proteinleri oluflturan amino asitler, fle-

kerler, ya¤ asitleri ve nükleotidler say›labilir.

Yaflam›n kökenini araflt›rmada en önemli ipucu flu: Ba-

sit  monomerlerin  bir  bölümü  ‘sa¤lak’  (sa¤-el  simetrisinde),

bir  k›sm›  da  ‘solak’  (sol-elli)  olabilmekte.  Bu  iki  farkl›  ko-

numlu moleküller aras›nda tafl›d›klar› atom say›lar› ve dizi-

Biyolojik ya

---

11

Ocak 2003

B‹L‹M

ve

TEKN‹K

limleri  aç›s›ndan  bir  fark  yoktur.  Fa-

kat, molekül içinde baz› atomlar›n ko-

numlar›, sa¤ ve sol eldiven çiftleri gibi

birbirlerinin  aynadaki  yans›mas›na

benzer flekilde bir ‘nüans’ gösterirler.

‹lginç olan flu: Yeryüzündeki yaflam›n

monomerleri  her  zaman  ‘solak’,  yani

sol-elli cinstendirler. Biyolojik kökenli

bütün  monomerler  sol-elli  olduklar›

halde,  biyolojik  olmayan  yollarla  olu-

flan,  ya  da  laboratuvarlarda  oluflturu-

lan  monomerlerde  eflit  oranlarda  sa¤

ve sol elli türler olur. Yaflam›n bafllan-

g›c›nda, olas› ki flans eseri bu ilk seçi-

min,  yeryüzü  kökenli  bütün  biyolojik

ve organik kökenli moleküller için ge-

çerli oldu¤u görülmekte. Uzaydan ge-

len  baz›  karbonlu  meteoritlerde  baz›

aminoasitlere  rastland›  (örne¤in,

1972’de Avustralya’ya düflen ‘Murchi-

son’ meteoritinde bu görüldü.). Ancak

bu  göktafl›ndaki  aminoasitlerin  eflit

miktarlarda  sa¤  ve  sol  elli  olduklar›

görüldü. 

Monomerlerin  daha  büyük  mole-

küller  oluflturma  flekilleri,  sonuçta

canl› ve cans›z madde aras›ndaki fark›

yaratan  yolda  önemli  bir  ad›m  olarak

kabul ediliyor. Bu fark, canl› molekül-

lerin gereksinimi olan yüksek miktar-

larda  bilgi  depolama  ve  aktarma

(transfer)  için  bir  temel  oluflturuyor.

Depolama  ve  aktarmada  atom  tipleri-

nin yaratt›¤› ‘kompozisyon’ kadar, mo-

leküllerin oluflturdu¤u yap›lar›n da et-

kin oldu¤u düflünülmekte.

Tüm  yeryüzü  canl›lar›n›n,  mono-

merlerin birbirine eklenerek polimerle-

ri  oluflturdu¤u  zincir  fleklinde  uzun

moleküller  içermesi  flafl›rt›c›  de¤il.  Bu

zincirlerde,  belli  bir  örgü,  küçük  de¤i-

flikliklerle  defalarca  tekrarlan›yor.  Bu

polimerlerde,  halka  yap›lar,  yan  zincir

ve halkalar, kendi üzerine katlanmalar

içeren,  çok  karmafl›k  fakat  çok  belirli

ve  ay›rdedici  yap›lar  ortaya  ç›kmakta.

Bu flekilde oluflabilecek çok zengin ve

çeflitli kimyasal / biyolojik bileflikler ve

polimerler ailesi söz konusu. Örne¤in,

ortalama  bir  protein  molekülü  (en  te-

mel  bir  organik  polimer)  birkaç  yüz

aminoasit monomeri içerir. Her bir pro-

tein tipi, di¤erinden, polimer zincirinin

içerdi¤i  farkl›  amino  asitler  ve  amino

asitlerin  birbirine  ba¤lanma  düzen  ve

s›ras›ndaki de¤iflikliklerle farkl›lafl›r.

Burada  yine,  yeryüzündeki  yaflama

ait di¤er bir ay›rtedici ‘basitlik’ günde-

me geliyor: Mümkün olan çok yüksek

(milyonlarca)  say›daki  farkl›  amino

asitlerden  yaln›zca  20  tanesi  yaflam›

oluflturan temel yap›lanmada görev al-

›yor. Öte yandan, ortalama bir protein

molekülü,  yaklafl›k  100  kadar  amino

asitten  oluflur.  Yani,  amino  asitler

20

100

farkl›  flekilde  yarat›labilirler.  Bü-

tün  Samanyolu  içindeki  atomlar›n  sa-

y›s›ndan çok büyük olan bu süper-ast-

ronomik say›ya karfl›l›k, yaflayan orga-

nizmalar›n  20

4

(~  100.000)’den  daha

az say›daki farkl› protein molekülüyle

yetindikleri görülüyor!

Özetle  söylemek  gerekirse,  kullan-

d›¤›  moleküller  aç›s›ndan  yaflam,  ola-

¤anüstü seçici davranmakta. Bu. Bildi-

¤imiz flekliyle yaflam›n çok önemli bir

özelli¤idir.

Bütün  bu  karmafl›k  moleküllerde,

karbon atomu, yaflam›n temelini olufl-

turur.  Karbonsuz,  bildi¤imiz  flekliyle

yaflam›n  varolmas›  olas›  görülmüyor.

Bunun  temelinde,  karbon  elementi-

nin,  bir  dizi  de¤iflik  elementle  büyük

ve  karmafl›k  yap›l›  moleküller  olufltu-

rabilme  yetene¤i  yat›yor.  Molekül  ya-

p›s›ndaki bu de¤iflik yap›lanabilme ve

karmafl›kl›k  özellikleri,  maddenin  bu

konumunun  (konfigürasyon’unun)

kendi benzeri ya da t›pk›s›n› (kopyas›-

n›)  üretebilmesini  sa¤l›yor.  Ayn›  za-

manda da organizman›n canl› kalabil-

mek  için,  oluflturmak  ya  da  ortamda

mevcutlardan seçmek zorunda oldu¤u

(kendisi  için  gerekli  kimyasal  enerjiyi

de sa¤layacak olan) bileflikleri yarata-

bilmek ve ‘al›koyabilmek’ becerilerine

temel oluflturuyor.

Yaflam›n varl›¤›n›n ve süreklili¤inin temelinde,

kendini  tekrarlayabilmesi  (ço¤alabilmesi)  yatar.

Tek hücreler bölünerek; bitkiler tohum üretip ye-

ni  bitkiler  yetifltirerek;  kufllar  ve  sürüngenler  yu-

murtlayarak; memeliler canl› bebekler do¤urarak

ço¤al›rlar.  Ço¤alma,  bütün  bu  de¤iflik  flekillere

karfl›l›k, molekül düzeyinde hep ayn› plan› uygula-

r: K›saca DNA (deoksiribo-nükleik asit) dedi¤imiz

ince uzun bir polimer, ço¤alma sürecini denetler.

DNA molekülleri, yak›n akrabalar› RNA (ribo-nük-

leik asit)le birlikte, ana organizmaya ve yeni o¤ul

organizmaya,  ifllevsel  olarak  nas›l  ‘yaflayacaklar›-

n›’ da ‘söyler’. Bu iki temel molekülün çal›flma il-

kelerini  yak›n  incelemeye  almak,  di¤er  dünyalar-

daki  yaflam  flekillerinin  nas›l  iflleyebilece¤i  konu-

sunda bize önemli ipuçlar› verebilir. Her ne kadar

Dünya d›fl› canl›lar›n biz Dünyal›lara benzer ya da

ayn› olmalar›n› beklemiyorsak da, onlarda da ben-

zeri  fonksiyonlar›n  gerçeklefltirilmesi  gere¤i  olsa

gerek. 

Yeryüzündeki  hayata  ait  birlefltirici  özellikleri

flöyle özetleyebiliriz.: Bütün canl›lar DNA ve yak›n

benzeri  olan  RNA  molekülleri  içerirler.  Bu  poli-

merler, kopyalama ve ço¤alma ifllemleri için teme-

li  olufltururlar.  Ancak,  ço¤alma  ve  kopyalama,

canl› hücreler d›fl›nda gerçekleflemez. Bu nedenle,

en küçük canl› birim ‘hücre’dir. Bütün yaflam fle-

killeri, nükleik asitlerin tafl›d›¤› ‘bilgi’ye dayan›la-

rak  amino-asit-monomerlerinden  oluflan  polimer-

ler, yani proteinler içerirler. Proteinler, canl› hüc-

relerin yap› ve ifllevlerinden sorumludurlar. Di¤er

baz›  polimerlerse  besin  (karbonhidratlar),  enerji

tafl›ma ve depolama (ya¤lar) ifllevlerini gerçeklefl-

tirirler  ve  molekülleri  hücreler  halinde  organize

eden ‘zar’lar›n (lipidler) temel bileflkelerini olufltu-

rurlar.

Yaflam›n yeryüzündeki öyküsü, burada de¤in-

me olana¤› bulamad›¤›m›z çok renkli ve göz al›c›

bir birikime sahip. Bu ola¤anüstü sürecin gizemi

üzerindeki  perde  oldukça  aralanm›fl  ve  bilim  bu

yönde  çok  önemli  baflar›lara  imza  atm›fl  bulunu-

yor. Yaflam› oluflturan temel moleküler yap› hak-

k›nda giderek yükselen bilgi düzeyimiz, bu yap›n›n

kimyasal temelde oluflum ve ifllevlerini anlamam›-

z› olanakl› k›l›yor. Kimya’n›n, temelde geliflkin bir

‘uygulamal› fizik’ dal› oldu¤unu hat›rlarsak, fizik-

sel kuramlar›m›z›n k›sa bir süre sonra, yaflamla il-

gili oluflum ve süreçleri de kapsam› alaca¤›n› ileri

sürebiliriz!.

Ulafl›lan noktada, yaflamla ilgili karmafl›k biyo-

lojik yap›n›n alt›ndaki dikkat çekici basitlik, mole-

küler düzeydeki anlaflabilirlik ve birlik (yeryüzün-

deki yaflam›n bir tek kökenden ortaya ç›k›fl› ve ev-

rim yoluyla yeni ve daha ‘yüksek’ merhalelere ula-

flabilmifl  olmas›),  yaflamla  ilgili  bütün  gizemlerin

bilimsel yöntemle çözülebilece¤ini ortaya koymak-

ta. Dahas›, bu temel süreçlerin, ve onlar› takriben

evrim ve geliflmenin, benzeri y›ld›z ve gezegen sis-

temlerinde oluflacak ortamlarda tekrar tekrar or-

taya  ç›kmas›  ve  her  seferinde  yeryüzündekinden

farkl›  bir  yol  izleyerek  farkl›  sonuçlara  ulaflmas›,

beklenebilecek  en  do¤al  sonuç.  Örne¤in,  baflka

gezegenler üzerinde, 20 yerine 15 ya da 25 ami-

no asit kullan›lan bir yaflam biçimi düflünebiliriz.

DNA’n›n Yap›s› ve Ço¤alma Yetisi

.

aflam›n Yap›s›

---