aminoasit - Tıpacı

10. Ağustos 202410. Ağustos 2024

Amino asit

“Amino asit” terimi yapısal bileşenlerinden türetilmiştir. Bir amino asit, hem bir amin grubunun (-NH₂) hem de bir karboksilik asit grubunun (-COOH) varlığı ile karakterize edilen organik bir moleküldür. İsim bu iki fonksiyonel grubu yansıtır: “amino” amin grubunu, “asit” ise karboksilik asit grubunu ifade eder. Bir amino asidin genel yapısı, bir amin grubunun, bir karboksil grubunun, bir hidrojen atomunun ve değişken bir yan zincirin (R grubu olarak gösterilir) bağlı olduğu merkezi bir karbon atomundan (alfa karbonu olarak bilinir) oluşur.

Amino Asitlerin Biyokimyası

Amino asitler, proteinlerin yapı taşları olarak görev yapan ve çeşitli biyokimyasal süreçlerde önemli roller oynayan organik moleküllerdir. Her ikisi de merkezi bir karbon atomuna (alfa karbonu) bağlı olan bir amino grubu (-NH₂) ve bir karboksilik asit grubunun (-COOH) varlığı ile karakterize edilirler. Alfa karbonu ayrıca bir hidrojen atomuna ve amino asidin kimliğini ve özelliklerini belirleyen değişken bir yan zincire (R grubu) bağlanır.

Amino Asitlerin Yapısı

Genel Formül: Bir amino asidin genel yapısı NH₂-CHR-COOH olarak gösterilebilir, burada “R” yan zinciri temsil eder.
Yan Zincirler (R Grupları): Amino asitlerin yan zincirleri büyük ölçüde değişiklik gösterir ve polaritesi, yükü ve reaktivitesi dahil olmak üzere her bir amino asidin kimyasal yapısını belirler. Yan zincirlerin özelliklerine dayanarak, amino asitler birkaç gruba ayrılabilir:

Polar olmayan (hidrofobik): örneğin, alanin, valin, lösin.
Polar yüksüz: örneğin, serin, treonin, asparajin.
Asidik (negatif yüklü): örneğin, aspartik asit, glutamik asit.
Bazik (pozitif yüklü): örneğin, lizin, arginin, histidin.

Amino Asitlerin Biyokimyadaki İşlevleri

Protein Sentezi: Amino asitlerin birincil işlevi, proteinleri oluşturan monomerik birimler olarak hizmet etmektir. Proteinler, amino asitlerin polipeptit zincirleri oluşturmak üzere peptit bağları ile birbirine bağlandığı çeviri süreci ile sentezlenir. İlgili mRNA tarafından dikte edilen bir proteindeki amino asit dizisi, proteinin yapısını ve işlevini belirler.
Enzim Katalizi: Birçok amino asit aktif bölgeler olarak hizmet eder veya enzimlerin katalitik mekanizmalarına katılır. Örneğin, serin, histidin ve aspartik asit yan zincirleri genellikle birçok proteazda bulunan katalitik üçlüde yer alır.
Metabolik Yollar: Amino asitler çeşitli metabolik yollarda yer alır. Enerji üretmek için deamine edilebilirler veya karbon iskeletleri glikoz (glukoneogenez) veya yağ asitleri sentezlemek için kullanılabilir.
Sinyal Molekülleri: Bazı amino asitler ve türevleri sinyal molekülleri olarak işlev görür. Örneğin, glutamat merkezi sinir sisteminde önemli bir nörotransmitter olarak işlev görürken, argininden türetilen nitrik oksit vazodilatasyonda bir sinyal molekülü olarak işlev görür.
Diğer Biyomoleküller için Öncüdür: Amino asitler, hormonlar (örneğin tiroksin ve adrenalin için tirozin), nükleotidler (örneğin pürinler için glisin) ve pigmentler (örneğin melanin için triptofan) dahil olmak üzere çeşitli biyomoleküllerin sentezi için öncülerdir.

Kimyasal Özellikler

Zwitteriyonik Yapı: Fizyolojik pH’da (yaklaşık 7,4), amino asitler ağırlıklı olarak zwitteriyonlar halinde bulunur; burada amino grubu protonlanır (-NH₃⁺) ve karboksil grubu deprotonlanır (-COO-), bu da moleküle hem pozitif hem de negatif bir yük verir.
İzoelektrik Nokta (pI): Bir amino asidin izoelektrik noktası, molekülün net elektrik yükü taşımadığı pH değeridir. Özellikle protein ayrımı için kullanılan elektroforez ve izoelektrik odaklama teknikleri sırasında farklı ortamlardaki amino asit davranışını etkileyen kritik bir özelliktir.
Peptit Bağı Oluşumu: Amino asitler proteinlerde peptit bağları ile bağlanır. Bu bağ, bir amino asidin karboksil grubu ile diğerinin amino grubu arasında bir molekül su açığa çıkararak oluşur (yoğunlaşma reaksiyonu). Ortaya çıkan bağ, proteinlerin ikincil yapısı için gerekli olan kısmi çift bağ karakterine sahip sert ve düzlemseldir.
Stereokimya: Glisin hariç amino asitler, alfa karbonunda kiral bir merkeze sahiptir. İki olası konfigürasyon (L ve D formları) ayna görüntüleridir. Proteinlerde, proteinlerin doğru katlanması ve işlevi için çok önemli olan sadece L konfigürasyonu kullanılır.

Proteinojenik Amino Asitler

“Amino asitler” terimi genellikle genetik kod tarafından kodlanan ve proteinlerin sentezinde kullanılan standart amino asitler kümesini ifade eder. Çeviri sırasında proteinlere dahil edilen 20 standart proteinojenik amino asit vardır. Bu amino asitler şunlardır:

Alanin (Ala, A)
Arginin (Arg, R)
Asparajin (Asn, N)
Aspartik asit (Asp, D)
Sistein (Cys, C)
Glutamik asit (Glu, E)
Glutamin (Gln, Q)
Glisin (Gly, G)
Histidin (His, H)
İzolösin (Ile, I)
Lösin (Leu, L)
Lizin (Lys, K)
Metiyonin (Met, M)
Fenilalanin (Phe, F)
Prolin (Pro, P)
Serin (Ser, S)
Treonin (Thr, T)
Triptofan (Trp, W)
Tirozin (Tyr, Y)
Valin (Val, V)

Standart Olmayan ve Proteinojenik Olmayan Amino Asitler

20 standart amino asite ek olarak, proteinlerde bulunan ancak genetik kod tarafından doğrudan kodlanmayan birkaç standart olmayan amino asit vardır. Bunlar tipik olarak post-translasyonel modifikasyonların sonucudur veya standart olmayan mekanizmalar yoluyla dahil edilirler. Örnekler şunları içerir:

Selenosistein (Sec, U): Bazen 21. amino asit olarak adlandırılan selenosistein, belirli bir tRNA ve UGA dur kodonunun yeniden tanımlanmasını içeren benzersiz bir mekanizma yoluyla proteinlere dahil edilir.
Pirolizin (Pyl, O): Bazen 22. amino asit olarak adlandırılan pirolizin, bazı arkeal türlerde ve bazı bakterilerde bulunur, spesifik bir tRNA ve UAG durdurma kodonunun yeniden tanımlanması yoluyla dahil edilir.

Proteinojenik Olmayan Amino Asitler

Proteinlere dahil edilmeyen ancak yine de biyolojik olarak önemli olan birçok amino asit vardır. Bu proteinojenik olmayan amino asitler metabolizma, sinyalizasyon ve diğer biyolojik süreçlerde çeşitli roller oynar. Örnekler şunları içerir:

Ornitin: Üre döngüsünde bir ara madde.
Sitrülin: Üre döngüsünde başka bir ara madde.
GABA (gama-Aminobütirik asit): Merkezi sinir sisteminde bir nörotransmitter.
L-DOPA (L-3,4-dihidroksifenilalanin): Bir nörotransmitter olan dopaminin öncüsü.

Tarihçe

Keşif

Amino asitlerin keşfi 19. yüzyılın başlarına kadar uzanmaktadır. Keşfedilen ilk amino asit, 1806 yılında Fransız kimyagerler Louis-Nicolas Vauquelin ve Pierre Jean Robiquet tarafından kuşkonmazdan izole edilen asparajindir. Bu keşif amino asit çalışmalarının başlangıcını oluştursa da, bu moleküllerin biyolojideki önemi ancak çok sonraları tam olarak anlaşılmıştır.

Asparajinin 1806 yılında Fransız kimyagerler Louis-Nicolas Vauquelin ve Pierre Jean Robiquet tarafından keşfedilmesi, büyük ölçüde dönemin bitki ve hayvan maddelerine yönelik daha geniş bilimsel merakından kaynaklanmıştır. 19. yüzyılın başlarında kimya hala bir disiplin olarak gelişiyordu ve özellikle bitki ve hayvanlardan elde edilen birçok doğal madde, kimyasal bileşimlerini ve potansiyel kullanımlarını anlama umuduyla inceleniyordu.

Vauquelin ve Robiquet özellikle bitkilerde bulunan ve çeşitli tıbbi ve besinsel amaçlarla kullanılan maddelerle ilgileniyordu. Özelliklerini ve potansiyel uygulamalarını daha iyi anlamak için bu maddeleri izole etmeyi ve karakterize etmeyi amaçladılar. Asparajinin ilk kez izole edildiği bitki olan kuşkonmaz, idrar söktürücü özellikleriyle iyi bilinen bir tıbbi bitki olduğu için ilgi çekiciydi. Kimyagerler, kuşkonmazın tıbbi etkilerine katkıda bulunabilecek bileşenlerini araştırmaya çalıştılar.

Metodoloji ve İzolasyon Süreci

Vauquelin ve Robiquet tarafından asparajinin izolasyonu, organik bileşiklerin ayrıştırılması için o dönemde mevcut olan tekniklerin tipik bir örneği olan birkaç ekstraksiyon ve kristalizasyon adımını içeriyordu:

Ekstraksiyon: Vauquelin ve Robiquet, çözünebilir bileşenleri çıkarmak için kuşkonmaz filizlerini suda maserasyon (yumuşatma ve parçalama) işlemine tabi tutarak işe başladı. Bu adım, bitki materyalinde bulunan bileşiklerin karışımını elde etmek için çok önemliydi.
Saflaştırma: Sulu ekstrakt daha sonra çözünmeyen maddeleri uzaklaştırmak için süzülmüştür. Çözünebilir maddeleri içeren süzüntü, tek tek bileşenleri izole etmek için daha ileri işlemlere tabi tutulmuştur.
Kristalizasyon: Suyun dikkatli bir şekilde buharlaştırılmasıyla kimyagerler özütü konsantre edebilmiş ve kristal oluşumunu tetikleyebilmiştir. Bu kristallerin, o dönemde bilinen diğer bileşiklerden farklı olarak tanımladıkları yeni bir maddeden oluştuğu tespit edildi.
Karakterizasyon: Bu yeni maddeye, elde edildiği bitkiye atfen asparajin adı verildi. Asparajinin karakterizasyonu, suda çözünürlüğünün, kristal yapısının ve bilinen diğer maddelere kıyasla kimyasal davranışının belirlenmesini içeriyordu.

Diğer Amino asitler

1820 yılında sistin, 1820 yılında glisin ve 1820-1827 yıllarında da lösin keşfedildi. Kimyagerler bu moleküllerin kimyasal yapısını ve özelliklerini, özellikle de proteinler bağlamında anlamaya başladıkça “amino asit” teriminin kendisi de ortaya çıkmıştır.

1838: Hollandalı kimyager Gerardus Johannes Mulder proteinlerin amino asitlerden oluştuğunu öne sürdü ve “protein” terimi kullanılmaya başlandı.19. yüzyılın sonları ve 20. yüzyılın başlarında, bilim insanları amino asitlerin proteinlerin yapı taşları olduğunu fark etmiş, bu da daha sistematik araştırmalara ve protein sentezinde kullanılan 20 standart amino asidin tanımlanmasına yol açmıştır.

1901: Alman kimyager Emil Fischer, peptidleri sentezledi ve amino asitlerin proteinlerde peptid bağları aracılığıyla bağlandığını göstererek protein yapısına ilişkin kritik bir kavrayış ortaya koydu. Fischer, amino asitlerin ve proteinlerin anlaşılmasına zemin hazırlayan şekerler ve pürinler üzerine yaptığı çalışmalar nedeniyle 1902 yılında Nobel Kimya Ödülü’ne layık görüldü.

İleri Okuma

Vauquelin, L.-N., & Robiquet, P. J. (1806). Sur l’Asparagine, Nouvelle Substance Végétale Cristallisable, Existant dans le Sucre de Fève. Annales de Chimie et de Physique, 59, 88-94.
Fischer, E. (1901). Untersuchungen über Aminosäuren, Polypeptide und Proteine. Hoppe-Seyler’s Zeitschrift für physiologische Chemie, 33(5), 151-175.
Mulder, G. J. (1838). Sur la composition de quelques substances animales. Bulletin des Sciences Physiques et Naturelles en Neerlande, 6(2), 105-119.
Budavari, S. (1989). The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals (11th ed.). Rahway, NJ: Merck & Co., Inc.

27. Temmuz 2016

Dünyadaki Yaşamın Son Evrensel Atası; Yarı Canlıydı

Hücrelerimizdeki genlerin birçoğu milyarlarca yıl önce evrimleşti ve bunlardan birkaçına dair izler dünyadaki bütün yaşamın son ortak atasına kadar takip edilebiliyor.

355 adet gen tanımlaması yapan ve Nature‘da yayımlanan yeni bir araştırma sayesinde artık bu atamızın neye benzediğine ve nerede yaşadığına dair bugüne kadarki en net resmi elde ettik.

Elde edilen bulgular; yaşamın son evrensel ortak atasının (SEOA); hidrojen, karbondioksit ve mineralce zengin sıcak suyun deniz tabanından çıktığı hidrotermel yarıklarda gizli olduğu fikrine destek sunuyor.

Araştırmacılardan William Martin –University of Dusseldorf–; bu durumun hidrotermal yarık teorisine parmak bastığını söylüyor ve ihtiyacı olan kimyasalların çoğunu üretebilmesi için yarıklardaki abiyotik (biyolojik olmayan) tepkimelere bağımlı olma ihtimalinden kaynaklı SEOA’yı; yarı canlı olarak tanımlıyor.

SEOA yaklaşık 3.8 milyar yıl önce ortaya çıktı ve iki tür basit hücrenin oluşmasına sebep oldu:Bakteriler ve Arkeler. Geçmişte yapılan çalışmalar; bugün hayatta olan neredeyse bütün hücrelerde ortak olan genlere odaklanarak, SEOA’da neredeyse aynısı bulunan yaklaşık 100 gen belirlemişlerdi.

Bu da bize SEOA’nın modern hücrelerle benzer olduğunu gösteriyor. Fakat araştırmacılar asıl olarak SEOA’nın nasıl farklı olduğunu öğrenmek istiyorlar. Dolayısıyla, ekip en eski ve ortak olmayan geni bulmak için 1800 bakteri genomunu ve 130 arke genomunu analiz etti. Ve, örneğin birkaçının genetik kodu okumaktan sorumlu olan 355 genin evrensel genler olduğu bulgusuna ulaştı. Fakat diğerleri ise tamamen farklı bir yaşam biçimine işaret ediyor.

Neredeyse bütün canlı hücrelerin bir karakteristiği; hücrelerin elektrokimyasal gradyan oluşturmak için iyonları bir zardan geçirmesi ve sonrasında enerji bakımından zengin ATP molekülünü üretmek için bu düşümü kullanıyor olması. Martin’e göre; SEOA bu tarz bir gradyan oluşturamadı fakat var olan bir şeyi ATP yapımı için kullandı.

Bu durum; ilk yaşamın ihtiyacı olan enerjiyi yarık suyu ve deniz suyu arasındaki doğal gradyandan elde ettiği dolayısıyla da bu yarıklara bağlı olduğu fikriyle oldukça uyum gösteriyor. Ancak sonradan gradyan oluşturma yetisini elde etti ve bu durum da yarıklardan çıkan en az iki yaşama fırsat sundu: İlk olarak arkeler, diğeri ise bakteriler.

“Döner Kapı”

Görünüşe göre SEOA aynı zamanda da bu gradyandan hidrojen ve sodyum iyonlarını takas etmeye yarayan bir “döner kapı”proteini genine sahipti. Geçmiş çalışmalar; böyle bir proteinin yarıklardaki doğal gradyanın patlamasında tamamen etkili olduğunu ortaya koyuyor.

Martin’in bulamadığı bir şey ise; proteinlerin yapı taşı olan aminoasitlerin yapımından sorumlu genler. Buna dair de SEOA’nın yarıklarda kendiliğinden oluşmuş aminoasitlere bağlı olabileceğini ileri sürüyor.

University of Connecticut’dan yaşamın evrimi üzerine çalışmalar yürüten Peter Gogarten; Martin’in bu yaklaşımının ses getirdiğini, tanımlı genlerin büyük çoğunluğunun SEOA’da var olan genlere dair sağlam adaylar olduğunu söylüyor.

Ancak; hangi genlerin tamamen antik ve hangilerinin ise antik olabileceği ayrımını yapmak şuan oldukça güç, çünkü bakteri ve arkeler bunları değiş-tokuş ettiler. Araştırma ekibi bu değiş-tokuş edilen genleri ihmal ediyor ve belki de bu süreçte SEOA’nın amino asit sentezinden sorumlu genlerini de göz ardı ediyor olabilir.

İlk yaşamın nasıl ortaya çıktığına dair hala çok fazla iddia var, ancak hidrotermal yarık teorisi yeni delillerle destek bulan oldukça iddialı bir teori gibi gözüküyor, çünkü teori yaşamın kilit önemdeki birçok özelliğine dair detaylı bir senaryo açıklaması sağlıyor.

Kaynak ve İleri Okuma:

Madeline C. Weiss, Filipa L. Sousa, Natalia Mrnjavac, Sinje Neukirchen, Mayo Roettger, Shijulal Nelson-Sathi & William F. Martin. The physiology and habitat of the last universal common ancestor. Nature Microbiology, DOI: 10.1038/nmicrobiol.2016.116
Le Page, M. “Universal ancestor of all life on Earth was only half alive.” NewScientist. https://www.newscientist.com/article/2098564-universal-ancestor-of-all-life-on-earth-was-only-half-alive (Accessed on 2016, July 26)
Bilimfili

16. Mayıs 2016

Neden Mor Renkte Memeli Yok?

Bu soru ile ulaşmaya çalıştığımız cevap, neden gerçekte bazı hayvan gruplarında veya sınıflarında bir takım renklerin çok daha az görüldüğü veya hiç görülmediğidir. İçinde insanların da bulunduğu hayvanlar alemi, çok geniş bir renk kartelasına sahiptir. Yaygın olarak bulunan bir takım renklere karşın bazı sınıflarda bazı renkler oldukça az görülür veya hiç görülmez. Ucu açık bir açıklama gibi görünse de, genel anlamına bakıldığında çoğunlukla ağaçların üzerinde yaşayan kuşlar sınıfının, genellikle toprağın üzerinde, suda ve bazılarının da toprağın altında yaşadığı memeliler sınıfına göre çok daha renkli olabildiği hemen göze çarpacaktır.

Canlı ve cansız hayatın tümünde renkler; pigmentlerin belli dalga boyundaki ışıkları absorbe edip diğerlerini geri yansıtması ve eğer varsa aynı yerde bulunan birbirinden farklı pigmentlerin kombine olarak işlemesi veya yüzey moleküllerinin organizasyonundan dolayı yüzeye çarpan ışık ışınlarının saçılması sonucu oluşmaktadır. İkinci renk oluşum biçimi aynı zamanda yüzeye bakış açımıza da bağlıdır. Çünkü yüzeyin farklı noktalarına çarpan ışıklar, moleküler organizasyona bağlı olarak pürüzlere çarpabilir, moleküllerin farklı kısımları ile karşılaşabilir ve doğal olarak farklı yönlere farklı dalga boylarındaki ışıklar olarak saçılır.

kuslarda-tuy-rengi-bilimfilicom — Solda yukarıdan aşağıya doğru, keratin üst yüzey, melanin pigment rodülleri ve keratin alt yüzeyler, katmanlar olarak isimlendirilmiş. Gelen ışığın yüzeye göre saçılımının değişimi aynı zamanda renklerin algılanmasında görüş açısındaki değişimin etkisi gösteriliyor. Telif : Andrew Leach

Kuşlarda Renkler

Kuşların renkli bir hayvan sınıfı olması, yoğun tüylü oldukları için ışığın çok değişken olarak saçılmasına bağlı olduğu gibi aynı zamanda vücutlarında bulunan veya bulunabilen melanin, karotenoid ve porfirin pigmentlerine de bağlıdır. Tam da bu noktada hayvanların yaşadıkları bölgeye, beslenme, barınma ve hayatta kalma parametreleri ile evrimsel olarak bağlı olduğunu söylemek gerekir. Buna örnek olarak kuşların, yalnızca bitkilerde sentezlenen karotenoid pigmentini besinlerinden aldığı ve bu pigmentlerin yüzeydeki hücrelere ulaşması ile de sarı-turuncu renklere büründükleri gösterilebilir.

Besinlerden alınan pigmentlerin dışında memelilerin de melanosit adı verilen hücrelerde çokça; diğer tüm hücrelerde de bir noktaya kadar sentezlenen melanin pigmenti, sentezlendiği veya ulaştığı bölgeye koyu sarı, açık kahverengiden, siyaha kadar renkler verebilmektedir. Porfirinler ise, aminoasitlerin modifiye edilmesi sonucu farklı özelliklerde oluşan pigment grubudur. Ancak bilinen büyük çoğunluğu, ultraviyole (mor ötesi) ışınlara maruz kaldığında koyu kırmızı renk vermekle birlikte, yeşilin birçok tonu, mor, pembe ve kırmızı tonları yine porfirinler ile elde edilir.

Pigment Karışımı

Tüm bu pigmentlerin kombinasyonu, deri ve tüylerdeki yüzey moleküllerinin organizasyonu ile birleştiğinde hayvanlar aleminin mevcut renkli dünyası ortaya çıkmaktadır. Eğer sorumuza dönecek olursak; neden mor, mavi veya yeşil renklerde memeli bulunmadığına birden fazla cevap vermek mümkündür.

Öncelikle, ‘memelilerde bu renklere asla rastlanmaz’ demenin doğru olmayacağını belirtmek gerekir. Örneğin köpeksi maymunlar ailesinden bir primat olan mandriller, özellikle genital bölgelerinde ve arkalarında çoğunlukla mavi olmak üzere pembe, mor, açık kırmızı renkli tüyler bulundurmaktadır. Esasında, hayatta kalma, kamuflaj ve eş bulma (veya eş olarak tercih edilme) gibi güdüler dolayısıyla yaygın olan hakim renklerin içinde aynı sebeplerden ötürü bahsi geçen renklerin oluşması, gelişmesi ve kullanılması da anlaşılabilirdir.

Çoğunlukla kahverengi, siyah, beyaz ve toprak tonları renklerden oluşan memelilerin iyi kamufle oldukları kabul edilebilir ancak bu renklerin arasına farklı tüy veya deri rengi serpiştirildiğinde de ne kadar dikkat çekeceği de görülecektir. Dikkat çekmek vahşi doğada çok fazla tercih edilen bir unsur olmasa da, kendi türü içinde de bir o kadar istenen bir durum olabilir.

Canlıların yaşadıkları coğrafyaya göre, evrimsel süreçte işlemekte olan doğal seçilim ile bir takım deri, tüy ve kıl renklerini kazanarak adapte olduklarını ve böylelikle daha kolay hayatta kaldıklarını söylemek mümkündür. Temelde görme süreci kalitesi, kontrast kuvvetine bağlıdır. Örneğin siyah bir yüzeyin üzerindeki siyah bir noktayı tespit etmek herhangi bir ton veya doku farklılığı olmadan mümkün değildir. Görme yetenekleri ciddi değişiklikler gösteren avcılar için de, yaşadıkları ortamın hakim rengi ile oluşturacakları kontrastı geliştirdikleri renk ile azaltmayı başaran hayvanlar zor birere av olacak, dolayısıyla ortam ile zıt renkli canlılar uzun zaman süreleri içinde elenecek, zamanla türün coğrafyaya bağlı olan bir rengi hakim olarak oluşacaktır. Zaman içinde genetik mutasyonlar veya başka bir takım hatalar sonucunda ortaya çıkacak olan kontrast renkli bireyler ise zaman içinde elenecek ve popülasyonun gen havuzu kamuflaj rengi yönünde artış görecektir.

Mavi (Gri) Balina, Pembe Yunus

Bu örneklerden birisi Amazon Nehri Yunusu veya Boto olarak bilinen pembe yunus türü olabilir. Ancak bu tür gerçekten pembe renkte olmamakla birlikte, yalnızca albinodur. Melanin pigmenti sentezleyen genlerin mutasyona uğramış veya bir biçimde inaktive olmuş olması veya resesif olarak aktarılan bir fenotip olan albinoluk, nispeten transparan bir derisi olan bu türün deri altı kan damarlarında dolaşan kırmızı kan dolayısıyla pembe bir görüntü oluşturmaktadır. Bir memeli olarak kanlarındaki hemoglobin ve bu molekülün de yoğun yüzdesi dolayısıyla 2007’de keşfedilen bu tür sıradışı görüntülerin oluşmasını sağlamaktadır.

Keza mavi balina olarak bildiğimiz 30 metreden daha uzun boylara ulaşabilen Balaenoptera musculus türü de, aslında mavi olmaktan çok gri bir tüy rengine sahiptir. Tonların yaşanılan bölgeye göre değişim göstermesi, koyuluk ve açıklık gibi etmenler dolayısıyla görece maviye yakın üyeleri olduğu gibi siyaha yakın koyu gri renkte ‘mavi balinalar’ da mevcuttur. Bu farklılık aslında gerçek bir renk farklılığından çok algısaldır ve isimlendirme gereği diğer balina türlerinden ayrılmasını sağlamaktadır.

Peki Neden Mor Memeli Yok?

Öyleyse sormamız gereken soru şu oluyor: Mor renk veya benzer tonların üretimi memelilerde neden çok düşük? Bu sorunun cevabı da başlı başına bir çalışma alanı olan pigmentasyonda yatmaktadır. Örneğin insanı ele alacak olursak, mor rengin oluşmasından (bilinen anlamda büyük çoğunlukla) sorumlu olan porfirinleri üretecek mekanizmadan yoksun olduklarını söylemek mümkündür. Şöyle ki; porfirin biyosentezi çok fazla enzimatik reaksiyon sonucunda ortaya çıkan bir son ürün ve bu son ürünün pigment olarak işlev görmesi dolayısıyla deri, tüy ve kıl rengi için -özellikle de fotosentetik olmayan canlıların tamamında- büyük önem arz etmektedir. Bu noktada son ürün değiştikçe, çok nadirde olsa görülen farklı renklerdeki (elbetteki beslenme alışkanlıkları ve yaşadıkları ortam gibi faktörlerin de etkisi dahilinde ve/veya haricinde) kuş, memeli, sürüngen, böcek, yumuşakça ve protozoa oluşabilmektedir.

Ne var ki, memeliler porfirinlere yabancı da değildir. Örneğin, kanımıza kırmızı rengini veren hemoglobin bir porfirin olmakla birlikte doğal olarak bulundururuz. Aminoasitlerin deaminasyonu ve takip eden karmaşık birbiyosentez sürecinin son ürünü insanlarda, protoporfirin IX olarak bilinen bir moleküldür ve demir ile birleşerek ‘heme’ (hemoglobin bileşeni) yapısını oluşturur. Burada bahsettiğimiz biyosentez, vücutlarımızda bulunan bakterilerden tüm ileri canlıların sıradan hücrelerine kadar birçok hücre tipi içinde – genetik olarak izin verdikleri ve sentezledikleri enzimlere göre- farklı biçimlerde ve sıklıklarda gerçekleşmekte (veya gerçekleşmemekte) ve sonucunda mor, pembe, mavi ve parlak yeşil gibi bir takım renklerin oluşmasına (veya oluşamamasına) sebep olmaktadır.

Elbette farklı renkler için söylediğimiz bu duruma karşın, memeliler sınıfı için yaygın olan pigment melanin (eumelanin ve pheomelanin) pigmentidir. Bu pigmentin de farklı yüzdelerde, sıklıklarda ve miktarlarda sentezlenmesi, fazlalığı veya eksikliği çok farklı renklerin oluşabilmesine sebep olmaktadır. Albino olarak bildiğimiz beyaz tenli, beyaz kıllı insanlardan, sarıya yakın deriye, kahverengiden, siyaha varana kadar birçok deri ve saç renginin; mavi, yeşil veya eladan, siyaha kadar oluşan göz renklerinin sorumlusu da memeliler için bu pigmenttir.

Hem porfirin biyosentezini çok değişken biçimde işletememek, hem kamuflaj gibi yaşamsal unsurlar hem de genetik olarak hakim pigmentin melanin olması (diğer pigmentlerin inaktif de olsa genomumuz içinde bulunup bulunmadığı, hangilerinden kaç kopyanın nerelerde bulunabileceği net olarak bilinmemektedir) memelilerde tüy, kıl veya deri rengi olarak mor, yeşil ve mavi gibi soğuk renklerin hakim olarak görülmemesine veya bir takım hayvanlarda sadece bölgesel olarak görülmesine sebep olmaktadır.

Kaynaklar :

Bilimfili,
Cornell Lab, Bird Academy, (2010) How Birds Make Colorful Feathers, https://academy.allaboutbirds.org/how-birds-make-colorful-feathers/
Richard O. Prum, and Rodolfo H. Torres, (2004) Structural colouration of mammalian skin: convergent evolution of coherently scattering dermal collagen arrays, jeb.biologists.org/content/207/12/2157.full.pdf+html

11. Şubat 2016

”Fight Club” ve Bilim: Sabunlar, Hidrofobi, Hidrofili ve Kimya

“Ben, Jack’in lise kimya öğretmeniyim.”

Yazımızda, Dövüş Kulübü filminin senaryosunda ve romanının içeriğinde önemli bir rol oynayan kimyayı inceleyeceğiz. Dövüş Kulübü‘nden kimyayı alırsak geriye ne kalır ki? Ancak başlamadan önce belirtelim, bu yazıda herhangi bir patlayıcı imalatından bahsedilmeyecektir. Kaldı ki, bir adamın kendi kendini dövmek suretiyle gerçeği bulmasının anlatıldığı bu kült filmde de malum patlayıcının nasıl yapıldığı izleyiciye tam olarak verilmiyor. Daha doğrusu, yanlış ve eksik veriliyor. Benzer macera veya bilimkurgu filmlerinde de tehlikeli olabilecek, izleyiciyi istemeden tehlikeye sokabilecek veya art niyetli kişilerin faydalanabileceği bilimsel prosedürler tam olarak aktarılmaz veya yanlış aktarılır.

Yazımız, meşhur kimyasal yanık sahnesiyle ve sabun yapımıyla daha fazla ilgilenecek; bunu yaparken de temel kimya laboratuvarı güvenlik kurallarına değinilecek.

Sahne, Tyler Durden’ın Anlatıcı’ya derdini anlatmak için onu karşısına alıp konuşmasıyla başlıyor. Konuşma esnasında elini bileğinden yakalıyor ve dudaklarını ıslatarak elini ıslak bir şekilde öpüyor. Daha sonra plastik bir şişe içindeki beyaz bir malzemeyi eline boca ediyor ve o malzeme Anlatıcı’nın elini yakmaya başlıyor. Anlatıcı can derdindeyken, Tyler döktüğü malzemenin “LYE” olduğunu söylüyor.

Lye, İngilizcede iki farklı ama aynı zamanda benzer maddeye verilen isim: sodyum hidroksit (halk arasında kostik olarak bilinir) ve potasyum hidroksit. Ancak yaygınlığı açısından bu malzemenin sodyum hidroksit (NaOH) olduğundan neredeyse eminiz. Kaldı ki, sabun yapımı kısmında da değineceğimiz üzere, sodyum hidroksit sert sabun yapımında da kullanılıyor ve Tyler Durden’ın sodyum hidrokside daha aşina olduğunu söyleyebiliriz. Potasyum hidroksit (KOH) ise sert sabun değil, arap sabunu olarak bildiğimiz yumuşak sabun yapımında kullanılır. Eğer Tyler Durden bir arap sabunu imalatçısı olsaydı, bu karakter üzerine bu kadar karizmatik bir kişilik bölünmesi kurgusu yapılamazdı herhalde. Bu yüzden sodyum hidroksit, doğru seçim.

Sahnemize dönelim. Sahne boyunca yanık süredursun, Tyler Durden, Anlatıcı’ya birtakım hayat dersleri verirken, bir yandan da özel kimya dersi anlatıyor. Öncelikle elini neden öpüyor? Öpmeden direkt olarak dökseydi veya kuru öpüp dökseydi Anlatıcı’mız aynı farkındalık acısını çeker miydi? Yanıtımız, belki ama bu kadar değil. Tyler Durden’ın kullandığı NaOH, su ile karıştığı zaman Na+ ve OH- iyonlarına ayrılır. Kimyasal yanıktan sorumlu olan aslında OH- iyonudur. Ancak iyon haline geçebilmesi için suyun içinde iyonlarına ayrılması gerekmektedir. Artık bir kapitalizm eleştirisi haline gelmiş o mezbele odada nem varsa ve o nem Anlatıcı’nın elinde de bulunmaktaysa, veya Anlatıcı’nın bir sebepten ötürü eli çok terliyorsa, NaOH döküldüğü andan itibaren iyonlaşmaya başlar, ve sonuç olarak deride hafif yanıklar oluşturabilir. Ancak nemin iyonlaşma için sağlayacağı bu su miktarı yetersizdir. Ama ayrıcaaa, NaOH higroskopik bir maddedir, nem çekicidir. Kuru bir deri üzerinde dursa bile, bir noktadan sonra üstüne nem çekecektir. Tyler Durden, konuyu uzatmayıp, anlatmak istediğini hemen netleştirmek için elini mümkün olduğunca ıslak bir şekilde öpüp NaOH’i boca ediyor.

Peki OH- iyonunun insanla derdi nedir? Anlatıcı neden acı çekiyor? Kimyasal yanık nedir? Kimyasal maddelerin Anlatıcı’yı yaktığı gibi bizi de yakıp kafamızda şimşekler çaktırmalarına, epifaniler (görüntüler) yaşatmalarına karşı nasıl önlemler alabiliriz?

Kimyasal yanıklara karşı alacağımız ilk önlem kimyacı olmamaktır! Daha sonra genel tedbirler gelir. İçinde ne olduğundan emin olmadığınız şişelerin kapaklarını dikkatlice açmalısınız. Maddeyi koklamamalı veya tatmamalısınız. Kesinlikle uygun bir koruyucu eldiven, maske ve gözlük kullanmalısınız.

Kimyasal yanıklar, deri üzerinde meydana gelen herhangi bir kimyasal reaksiyonun deri bütünlüğünü bozması demektir. Kimyasal yanıklara bir sürü farklı madde, farklı şekillerde neden olabilir. Asitler, bazlar ve organik çözgenler çeşitli şekillerde deri bütünlüğünü bozacak reaksiyona girerler. Bazı yanıkların telafisi mümkünken, bazılarının telafisi yoktur. Özellikle gözün, gözlükle korunması çok önemlidir. Deri kendini tamir edebilirken, gözün tamiri mümkün değildir. Ayrıca maddelerin üzerinde bulunan etiketlerdeki tehlike uyarıları dikkate alınmalıdır. Tyler Durden’ın kullandığı şişenin üstünde, belki biz göremiyoruz ama şu işaret bulunmaktadır:

KIRMIZI RENK: Yangın tehlikesini belirtir. “0” rakamı, yanma tehlikesi yoktur anlamına gelir.

MAVİ RENK: Sağlık tehlikesini belirtir. “3” rakamı, çok tehlikeli anlamına gelir. (“4” ölümcül demektir.)

SARI RENK: Reaktifliğini belirtir. “1” rakamı, ısıtınca kararsız hale geçeceğini belirtir.

BEYAZ RENK: Özel bir tehlikeyi belirtir. Daha başka özel bir tehlikesinin olmadığını belirten “-“ işareti konulmuştur.

Tyler Durden’ın tükürüğü sayesinde açığa çıkan OH- iyonunun yapacağı ilk iş, çevresinden bir adet H+ (hidrojen iyonu) almaktır. Bunu derideki proteinlerden alacaktır. Proteinler, amino asit denilen yapıtaşlarının bir araya gelmesiyle oluşan, canlı hücresi için vazgeçilmez bir organik maddedir.

Amino asitler birbirine bağlanarak uzun zincirler meydana getirirler. Buna primer (birincil) yapı denir. Amino asitler bu durumda sadece peptit bağlarıyla bağlanmışlardır.

Zincir boyunca tüm amino asit uçları birbirine yaklaşarak, birbirleri arasında “hidrojen bağı” denilen özel bir bağ kurarlar. Hidrojen bağları neticesinde birbirine yaklaşan amino asit uçları, zinciri bükmeye başlarlar. Böylece amino asitler birbirlerine peptit bağına ek olarak bir de hidrojen bağı ile bağlanmışlardır. Buna da sekonder (ikincil) yapı denmektedir.

Uzun protein molekülleri, amino asitlerin hidrofob (suyu iten) uçları içeride kalacak ve hidrofil (suyu çeken) uçları dışarıda kalacak şekilde bükülür. Buna da tersiyer (üçüncül) yapı denir.

Denatürasyon, bir proteinin ısı ve radyasyon gibi etkilerle veya asit, baz, organik çözücü, inorganik tuzlar gibi kimyasallarla reaksiyona girerek kuaterner, tersiyer ve sekonder yapılarını kaybedip primer yapı haline geçmesidir. OH- iyonu proteinlerin hidrojen bağlarındaki H+ iyonunu kendine almak isterken bu sekonder ve tersiyer yapıları bozar ve proteini denatüre hale getirir. Protein artık işlevini yapamaz. Buna bağlı olarak da hücreler ve tabii ki deri dokusu ölür.

Lavabo açıcı olarak da evlerimizde kullandığımız NaOH, aslında lavabolarımızda da farklı bir iş yapmaz. Kıl, saç, deri parçaları ve yağların tıkadığı lavabolarda benzer tepkimeler meydana getirerek organik moleküllerdeki hidrojen bağlarını ve hatta ondan daha kuvvetli bağları kırar. Diğer bir deyişle, bu molekülleri reaksiyona daha açık hale getirerek onların su içerisinde sürüklenmesini sağlar ve böylelikle lavabolarımızı kirlerden arındırır.

Şimdi, deri üstündeki NaOH’e dönersek, Tyler Durden, acıyla kıvranan Anlatıcı’ya yanığın üstüne su dökmenin acısını daha da arttıracağını söylüyor. Bu hem doğru hem de yanlış. Aslında doğruluğu ve yanlışlığı daha çok suyun nasıl tatbik edildiği ile ilgili. Tepkimenin gerçekleşmesine olanak sağlayan ortam olarak su, deriye daha fazla eklenirse derideki iyonlaşmamış NaOH’i de iyonlaştıracağından, bu daha fazla OH- ve doğal olarak daha fazla denatüre protein demek olacaktır. Ancak su şiddetli bir şekilde fazla NaOH’i de deriden giderecek şekilde tatbik edilirse, en azından reaksiyonun sürmesini engelleyecektir. Bu nedenle asit veya NaOH gibi baz yanıklarına tazyikli su ile müdahale edilebilir.

Tyler Durden’ın su yerine alternatif olarak sunduğu sirke ise hafif bir asittir ve yanlış bir tedavi yöntemi değildir. NaOH’i asit ile nötrlerken dikkat edilmesi gereken şey sert asitlerin değil, sirke gibi hafif asitlerin kullanılmasıdır. Tyler Durden, sirke kullanırken “yanığı nötrleştirmek”ten bahsediyor. Ancak bu doğru değil. Yanık, nötrlenmeyecek bir şeydir. Yanığın geri dönüşü olmaz. Denatürasyon tepkimeleri tersinir olmayan, geri dönüşsüz tepkimelerdir. Aynı yumurtanın ısıtıldıkça denatüre olup sertleşmesi ama soğutulunca tekrar sıvılaşmaması gibi geriye dönüşü olmayan tepkimelerdir. Sirkenin yapacağı şey, OH- iyonunun ihtiyacı olan H+ iyonuna kaynaklık etmesidir. OH-, H+ iyonunu proteinden değil, sirkeden alacaktır. Bu bağlamda birbirlerini nötrleyecekler ve proteini yalnız bırakacaklardır.

Yine de NaOH yanıkları için, yanığı tazyikli akan su altında 15 dakika boyunca tutmak ve daha sonra soğuk sargı yapmak gereklidir. Kullanılan su da soğuk olmalıdır çünkü NaOH çözünmesi ekzotermik (dışarıya ısıveren) bir reaksiyondur. Aynı zamanda ısı yanıklarına da neden olur.

Peki bu NaOH’in deriyle olan münasebeti tam olarak nerede biter?

Eğer deriyi geçip altındaki yağ tabakasına ulaştıysa, artık sabundan bahsedebiliriz. Çünkü sabun, NaOH ve yağ demektir. Sabunlar, kimya dilinde “yağ asitlerinin sodyum tuzları”dır. Dövüş Kulübü’nde de belirtildiği gibi, her türlü yağdan sabun yapılabilir. Tek ihtiyacımız olan biraz NaOH’tir. (Eğer KOH, yani potasyum hidroksit kullanırsak arap sabunu elde ederiz.)

Herhangi bir arınmadan bahsedecek bir film için sabun çok güzel bir simge olacaktır. Filmin veya romanın alt metin ve sembolik analizlerine girmeden, sabun hakkında söylenebilecek tek şey vardır: Sabun bir temizleyicidir. Bir dezenfektan değildir. Yağları, kirleri temizler. Ancak mikrop ve bakteriden her zaman arındırmayabilir. Bakterilerden tam olarak arınmaya sterilizasyon, büyük oranda arınmaya ise dezenfeksiyon denir. Sabun bunların çok azını yapabilen bir temizleyicidir. Ancak belki yüzey aktifliği nedeniyle bakteri hücresini patlatıp bakteriyi öldürmesinden bahsedebiliriz. Ama asıl görevi, su ile giderilmeyen kirleri ve yağları su içinde sürüklenebilecek hale getirmektir.

Yağlar, uzun moleküllerden oluşur. Bu nedenle suda çözünmezler. Yağ moleküllerini suda çözünebilir hale getirmek için sabun kullanılır. Sabun molekülü, aslında yağlarla başa çıkmak, onları su içinde uysal hale getirmek için sodyumla modifiye edilmiş, evcilleştirilmiş yağ asitleridir diyebiliriz. Sabun molekülünün temizleme özelliği iki farklı uca sahip uzun bir molekül olmasından ileri gelir. Bu uçlardan hidrofobik olan yağ molekülüne yaklaşır. Hidrofilik olan ucu ise dışta kalır. Böylelikle kirin veya yağın etrafında, hidrofilik uçları dışarıda olan bir küre meydana gelir. Hidrofil, suyu seven demektir. Artık her tarafı hidrofil hale gelmiş bu kürecik suyla beraber sürüklenmeye hazırdır.

Eğer NaOH, deriyi geçip yağa ulaşırsa, derinizin altında bir sabunlaşma başlayacaktır. Ama o kadar fazla miktarda NaOH’e maruz kalacağınızı veya ilk yardımda gecikeceğinizi sanmıyoruz. Tabii ki, çilekeş Anlatıcı’mız değilseniz.

Kimyasallar, hayatımızın her yerinde karşımıza çıkan, oldukça kullanışlı ancak bir o kadar da tehlikeli olabilecek maddelerdir. Gündelik yaşamda davranışını bilmediğiniz, emin olmadığınız kimyasalları kullanırken hakkında yeterince bilgi edinmeniz, varsa kullanma talimatlarını okumanız ve uygulamanız hayati önem taşımaktadır. Kimyasalların ambalajındaki işaretler, bilim insanlarından oluşan komisyonların, uzun yıllar boyu süren çalışmaları üzerine geliştirilip konulmuş işaretlerdir. Sağlığınızın yanı sıra, bu işaretlere en azından göz atmak onların da emeğinin boşa çıkmaması demektir.

Özellikle küçük çocuklara, her şeffaf sıvının su olmadığı; bir sıvının su olup olmadığını anlamak için onu koklamanın, tatmanın veya dökmenin yanlış bir hareket olduğu anlatılmalıdır. Şişelerin içinde başka herhangi bir sıvı saklanmamalıdır. Davranışı bilinmeyen sıvılar ve maddeler, sıcak veya soğuk ev eşyaları etrafında tutulmamalıdır.

2013 yılı ABD yıllık yanık raporlamasına göre, kimyasal yanıkların %49’u iş yerinde, %42’si evde, %2’si de diğer yerlerde gerçekleşen kazalardan ötürüdür. Bu istatistik aynı zamanda diğer ülkelerin durumunu da yansıtabilir. Kimyasal yanıkların yarısına yakını evde gerçekleşen kazalardan meydana gelmektedir. Bu kazalar her birimizi, özellikle yaşlıları ve çocukları öncelikli olarak etkileyecek tipte kazalardır. http://www.ameriburn.org/2013NBRAnnualReport.pdf

Yazan: Oğuzhan Kiper (Evrim Ağacı)

Düzenleyen: Ayşegül Şenyiğit (Evrim Ağacı) ve Şule Ölez (Evrim Ağacı)

Kaynaklar ve İleri Okuma/İzleme: