Demirin Hücre İçine Alınmasındaki Özel Sistemler

Bazı malzemelerden yararlanabilmek için özel sistemler kurup, çeşitli önlemler almak gerekir. Örneğin patlayıcı maddeler bir ordu için son derece önemlidir. Bu maddelerin üretiminde, kullanım alanlarına naklinde ya da depolanmalarında hassas tedbirler alınmazsa fayda yerine büyük zararlar verebilir. Bu nedenle patlayıcı maddelerin üretim, nakil, depolama ve kullanım süreçlerinde alanında uzman kişilerin belirlediği yöntemler izlenir ve olası tehlikelere karşı her türlü tedbir alınır. İşte demir de canlılar dünyasında böylesine hassas uygulamaların yapılmasını gerektiren maddelerden biridir.

Demir, hayat için son derece önemli bir elementtir, bir hücrenin demiri kullanılabilmesi için yüksek güvenlikli sistemler gereklidir. Çünkü serbest halde bulunan demir, canlılar için oldukça tehlikelidir. Demirin hücre içine alınışında karşılaştığımız bu üstün taşıma ve güvenlik sistemi Allah’ın yaratma sanatının güzel örneklerinden biridir.

Demir Yaşam İçin Vazgeçilmez Bir Maddedir

Demir dünyada en çok bulunan 4. elementtir. Yaşam için vazgeçilmezdir. Canlılardaki solunum,  fotosentez, azot bağlama, DNA’daki genlerin kontrolü, DNA sentezi  gibi çok çeşitli biyolojik faaliyetlerde kullanılır.(1) Ancak demir bu önemli görevleri yerine getirirken bulunduğu yere son derece hassas bir şekilde yerleştirilmek zorundadır. Çünkü serbest demir iyonları (yüklü demir elementine demir iyonu denir) kimyasal reaksiyonlar yoluyla hücreye büyük zararlar verebilir.

Serbest halde bulunan demir iyonlarını pimi çekilmiş el bombasına benzetebiliriz. Çünkü demir iyonları hücrede saldırgan moleküller oluşmasına neden olurlar.(2) Bu saldırgan moleküller de hücredeki DNA, RNA, protein ve zar gibi yapılara saldırarak tahribata yol açar.(3) Bu tahribat hücre için ölüm demektir. Ancak hücrelerimizin her birinde sayısız bomba ile yaşamamıza rağmen bunları hiç fark etmeden rahatlıkla hayatımıza devam ederiz. Çünkü Allah bizi korumak için çok özel bir sistem yaratmıştır.

Demiri Bulmakla Görevli Özel Ajanlar

Demir doğada en bol bulunan elementlerden olmasına rağmen serbest haline pek rastlanmaz. Oldukça az miktarda bulunan serbest haldeki demir bile vücudumuzu zehirlemek için yeterlidir. Allah, bu yüzden vücudumuzda özel görevleri olan proteinler yaratmıştır.  Bu proteinler kendilerine demir iyonlarını bağlayarak serbest demir iyonunun oranını azaltırlar.(4)

Bütün canlılar hayatlarını sürdürebilmek için hayati öneme sahip demir elementlerine sahip olmak zorundadır. Buna bakteriler de dâhildir. Peki, bakteriler bu zorlu şartlarda nasıl yaşayabilirler? Bu noktada bambaşka bir mucize karşımıza çıkar. Bakteriler demiri bünyelerine katabilmek için bilimsel adı siderefor olan ajan proteinleri kullanırlar. Bakteriler bu ajanları hücre dışına salarlar.

Sidereforlar bakteri dışında başka moleküllerin içinde kompleks halde bulunan demir elementlerini tanır ve oradan kapıp kaçırırlar. Burada dikkat edilmesi gereken konu; “tanımak, kapıp kaçırmak ” olarak bahsettiğimiz eylemleri yapanın sadece bir molekül olmasıdır. Görmek için gözleri, tanımak için hafızası ya da yakalamak için elleri olmayan bir molekül…  Demiri, magnezyum, kalsiyum gibi elementlerden ayırt ederek onu tanıyabilmekte, hatta alıkoyarak giriş yapabileceği yere kadar refakat edebilmektedir. Kuşkusuz cansız ve şuursuz moleküllerin böylesine kompleks bir işlemi yapabilmesi sadece Allah’ın dilemesi ile mümkün olabilmektedir.

Ajanlık, uzmanlık gerektiren bir iştir. İyi bir ajan olmak ancak uzun bir eğitim süreci sonunda mümkündür. Konusunda deneyimli kişiler her türlü ortamı ve şartları oluşturarak ajan olmak isteyenleri hazırlarlar. Yetişmiş ajanlar görevlerini başarıyla yerine getirebilmeleri için özel olarak donatılırlar. Tespit, takip ve haberleşmeyi sağlayan cihazları kullanırlar. Siderefor isimli proteinler hiçbir eğitim sürecinden geçmemişlerdir, dışarıdan temin edilen özel olarak tasarlanmış donanımlara da sahip değildirler. Buna karşın Allah’ın ilhamı ile deneyimli bir ajan gibi görevini kusursuz olarak gerçekleştirirler.

Sidereforların yakaladığı demir elementleri, bir dizi güvenlik ve kontrol işleminin ardından hücrenin içine alınır. Demir ile birleşik oluşturan moleküller bundan sonra yeni bir serüvene başlar. Hücre için tehlikeli olan bu madde, güvenli bir şekilde içeri alınmalı ve görev yerlerine başarı ile iletilmelidir. Peki, hücrenin dışında bulunan ajan moleküller hücre içine nasıl alınırlar?

Hücre Zarındaki Özel Güvenlik Kapıları

Allah, demir ile birleşik oluşturmuş sidereforların hücre zarından hücre içine alınabilmeleri için bakterilerde çok detaylı bir sistem yaratmıştır.

Hücrenin yaşamsal öneme sahip etkinliklerine devam edebilmesi için her madde hücre içine alınmaz. Hücreye zarar verebilecek birçok madde büyüklükleri dolayısıyla zardan geçemezler. Demire bağlı sidereforlar da oldukça büyük moleküllerdir. O zaman demir elementleriyle birleşik oluşturmuş sidereforlar nasıl olup da hücre içine girebilmektedirler? Bu, hücre zarında yer alan özel tanıma, taşıma ve güvenlik sistemleri sayesinde mümkün olmaktadır.

Dolmabahçe’nin giriş kapısı ihtişamlı bir sanat eseridir. Bu giriş kapısının tesadüfen meydana gelemeyeceği açıktır. Aynı bunun gibi hücrelerde demir için bulunan giriş kapıları da tesadüfler eseri meydana gelemez. Bu kapılar Allah’ın yaratmasının delilidir. Son derece hassas detayların var olduğu bu kapıda hücrenin güvenliğine yönelik üst düzey tedbirler alınmıştır.

Güvenlik Kapısındaki Özel Sistemler

Bakterinin çift zarında demirin geçişi için görevli yapılar bulunur. Bunlar arasında demir için özel algılayıcılar, kapılar, zarlar arası boşlukta gemi gibi taşıma yapan ve kapının açılması için görev yapan proteinler yer alır.

Bakterilerde demirin sadece hücre zarından geçmesi için düzenlenmiş pek çok farklı birim yer alır. Alıcılar, kapılar, taşıyıcı proteinler, enerji iletimi yapan proteinler, enerji santralleri gibi çok farklı birimler bu iş için büyük bir uyumla çalışırlar. Örneğin çift zarlı yapıda aşağıdaki gibi kompleks bir sistem vardır. Allah dış zarda demir elementini tanımak için, ajan molekülle (sidereforla) bağ kuran özel alıcılar yaratmıştır. Demir-ajan çiftinin dış zardan geçebilmesi için gerekli enerji ise iç zarda üretilir. İç zarda üretilen enerji bazı proteinlerce dış kapıya iletilir. Buradan geçen demir kompleksi başka bir protein yoluyla iç zara taşınır. İç zarda da yine onun için yaratılan kapıdan hücre içine alınır.

Yandaki resimde demirin bakterinin içine girmesini sağlayan sistemin basitleştirilmiş bir modelini görmektesiniz. Bu modelden de anlaşılacağı gibi bakteri zarı iki katlı bir yapıya sahiptir. Üstteki zarda FepA adlı alıcılar bulunmaktadır. Bu alıcı demir elementleriyle kompleks oluşturmuş molekülleri tanır ve dış zar ile iç zar arasındaki bölgeye alır. Alıcının açılması için gerekli enerji iç zardan sağlanır ve TonB-ExbB-ExbD proteinleri yoluyla bu enerji alıcılara iletilir.(5) Bu proteinler özellikle demir molekülü ihtiyacı fazla olduğunda hücre zarında bol miktarda bulunurlar. Bilimsel adı FepB olan  başka bir aracı protein ise alıcıdan geçen demir kompleksini taşıyarak iç zara getirir. İç zarda FepG ve FepD proteinlerinden meydana gelen bir güvenlik kapısı bulunur. Bu kapı demir kompleksini tanır ve hücre içine başka bazı proteinlerin yardımıyla içeri alır. (6)

Parmak izi tarayıcıları kimlik tespitinde kullanılan özel cihazlardır. Önceden belirlenmiş kişilerin belli bir bölgeye girmeleri, diğer kişilerin de dışarıda tutulmaları için kullanılırlar.  Hücre dış zarında da parmak izi tarayıcıları gibi kimlik tespiti yapan moleküllerden yapılma özel bir sistem bulunmaktadır. Bu sistem sayesinde demirle kompleks oluşturmuş ajan molekülleri hemen tanınırlar. Küçücük bakterilerdeki FepA adlı protein sayesinde sistem yaratıldığı ilk andan itibaren kusursuz bir şekilde görevlerini yerine getirirler. Tasarımındaki en ufak bir hata ya da eksiklik parmak izi tarama cihazını işe yaramaz haline getirecektir. Aynı şey hücre zarındaki kompleks bir yapıya sahip olan moleküler kimlik tanıma sistemi için de geçerlidir. Bu nedenle hücre zarındaki bu yapının aşama aşama bir evrim ile oluşması imkânsızdır.

Demirin hücre zarından içeri alınmasında görevli yapıların bir tanesinin bile eksik olması ya da kusurlu bir yapıya sahip olması bütün sistemin çökmesine sebep olur. Bu da hayatın kademe kademe geliştiğini iddia eden evrim teorisinin büyük bir yanılgı olduğunu gösterir. Gerek hücre gerekse hücre zarı Allah’ın kusursuz yaratmasının açık bir örneğidir.

Bakterilerde hücre dış zarı ile iç zarı arasında bulunan bölgede FepB adlı proteinler tıpkı gemilerin yük taşıması gibi hücre dış zarından içeri alınan demir kompleksini hücre içine alarak iç kısma taşırlar.

Elektrik iletim hatları santrallerde üretilen enerjiyi uzaktaki yerlere taşımak için kullanılır. Tıpkı bunun gibi, hücre iç zarında üretilen enerji dış zara TonB-ExbB-ExbD adlı proteinlerden oluşan iletim hattınca taşınır.

Yazar / Onur Yıldız Biyolog / İstanbul Üniversitesi Biyoloji Bölümü

Kaynaklar:

1- Andrews, S. C., A. K. Robinson, and F. Rodriguez-Quinones. 2003. Bacterial iron homeostasis. FEMS Microbiol. Rev. 27:215-237.
2-Rodriguez, G. M., and Smith, I. (2003). Mechanisms of iron regulation in mycobacteria: role in physiology and virulence. Molecular  Microbiology 2003 Mar;47(6):1485-94
3- Masse E, Salvail H, Desnoyers G, Arguin M. Small RNAs controlling iron metabolism. Curr. Opin. Microbiol. (2007) 10:140–145
4- K. N. Raymond, E. A. Dertz, and S. S. Kim, Bioinorganic Chemistry Special Feature: Enterobactin: An archetype for microbial iron transport, PNAS, April 1, 2003; 100(7): 3584 – 3588.
5-Andrews, S. C., A. K. Robinson, and F. Rodriguez-Quinones. 2003. Bacterial iron homeostasis. FEMS Microbiol. Rev. 27:215-237.
6-K. N. Raymond, E. A. Dertz, and S. S. Kim, Bioinorganic Chemistry Special Feature: Enterobactin: An archetype for microbial iron transport, PNAS, April 1, 2003; 100(7): 3584 – 3588.