SIZINTIDAN SIZANLAR

Bir Savunma Molekülü: Gama Glutatyon
Doç.Dr. C. Kemal SÜMBÜL
Canlıların yapıtaşlarından olan proteinlerin küçükleri sayılabilecek peptitler, tabiatta yaygın şekilde bulunur. Protein yapımının ilk safhasında, iki aminoasit, peptit bağıyla birleşir. Daha sonra üçüncü aminoasit bu birleşmiş olan iki aminoasit molekülüne yine peptit bağıyla bağlanır. Derken dördüncü, beşinci vs. aminoasitler gelir. Birleşik aminoasit zincirine tutunarak çeşitli sayılarda aminoasit ihtiva eden irili ufaklı proteinler hücrenin ribozom isimli fabrikalarında sentez edilir.
Peptitlerin en küçüğü; iki aminoasidin hususi bir şekilde birbirine bağlanmasıyla meydana getirilir ve dipeptit adını alır. Üç tanesinin birleşmesiyle de tripeptitler üretilir. Hususi vazifelerle donatılmış az sayıdaki aminoasitten yapılmış bu küçük moleküllere, peptit yapısındaki hormonlar, toksinler ve antibiyotikler misâl verilebilir. Yapılan incelemelerde glisin, sistein ve glutamik asit olarak isimlendirilen üç adet aminoasitten oluşturulan glutatyon (GSH) molekülünün, proteinlerin yapısında bulunmadığı görülmüştür. Bu molekülün diğer peptitlerden farklı bir şekilde birleştirildiğini görürüz. Bu molekülün aminoasitlerden sentez edilmesi sırasında glutamik asit, sistein aminoasidine ters taraftan (alfa karbonuna bağlı olmayan karboksil uçtan) bağlanmıştır. Bu da bir peptit bağı olmasına rağmen, farklı taraftan bağlandığı için, bu molekül protein yapımında kullanılmamakta, âdeta dışlanmaktadır. Zîrâ Allah, sonsuz hikmeti gereği protein moleküllerinin canlı hücrelerde aminoasitlerden sentez edilmesinde bir kalıp takdir etmiştir. Yani aminoasitler birbirlerine bağlanırken her birine belli bir bağlanma yeri uygun görülmüştür. Bundan dolayı sadece bu kalıba uyan alfa aminoasitler protein yapımında yer alır. Canlı organizmada iki aminoasit birbirine doğru yerden bağlandığı hâlde, üçüncüsü farklı bir yerden kalıba uymayan bir şekilde bağlanırsa, artık bu üçlü grup protein yapımında devre dışı kalır. İşte bu devre dışı kalanlardan biri gama glutatyon molekülüdür. Proteinlerin yapısında yer almadığına göre bu molekülün fonksiyonu nedir? Cansız elementlerden meydana gelen bu moleküller, nasıl oluyor da, hücrede protein sentezi sırasında devre dışı bırakılıyor?
Hayvan, bitki ve mikroorganizmalarda yaygın olarak bulunan glutatyon, insanda genelde karaciğer hücrelerinde sentezlenir ve burada yoğun olarak bulunur. Glutatyon molekülünün biyolojik işlemlerdeki vazifelerinden biri oldukça enteresandır: Bu moleküldeki sistein aminoasidinin sülfidril grubu (-SH ) indirgeme özelliğine sahip kılınmıştır. Canlı organizmaların çoğunda organik moleküllerden enerji elde etmek için oksijen kullanılır. Bu sırada bazı istenmeyen kimyevî reaksiyonlar da olur. Oksijen, bulunduğu ortamdaki moleküllerden tek değerli elektronlar alabilir ve stabil (kararlı) olmayan moleküllerin meydana gelmesine sebep olur. Bunlardan biri de hidrojen peroksittir (H2O2). Bu molekül hücre zarından kolayca geçerek hücreye yayılır. Burada bulunan kırmızı kan hücrelerindeki (hemoglobin) iki değerli demir (Fe+2) iyonlarıyla reaksiyona girer. Bu sırada Fe+2 iyonları Fe+3 iyonlarına yükseltgenir. Hemoglobin methemoglobine dönüşür. Hemoglobin bu hâliyle oksijen bağlama kabiliyetini kaybeder ve oksijen taşıma vazifesini yapamaz. Fe+2 +H2O2 Fe+3+OH+-OH şeklinde meydana gelen bu reaksiyonla aynı zamanda hidroksil radikali de açığa çıkar. Bu molekül oldukça aktif bir moleküldür. Hücrede otokatalitik olarak zincir reaksiyonlarına yol açar ve hücrede çok sayıda radikal moleküllerin oluşmasına sebep olur. Bu radikaller başta kanser olmak üzere birçok hastalığın zâhiri müsebbibidir. Bu zararlı moleküller biz istesek de istemezsek de, metabolik reaksiyonlarla veya dış faktörlerle mutlaka vücudumuzda meydana gelir. Bunların oranları vücudumuza yerleştirilen savunma mekanizmalarıyla minimumda tutulur. İşte proteinlerin yapısında yer almayan, ancak bu savunma mekanizmalarında vazifeli olan moleküllerden biri de gama glutatyondur. Meselâ hücrede hidrojen peroksit (H2O2) molekülünün tahrip edici tesirini bertaraf etmek için glutatyon molekülü vazifelendirilmiştir. Hücrede H2O2 meydana gelir gelmez onu su (H2O) molekülüne dönüştürerek kandaki +2 değerli demiri koruma görevi yapar. Bu reaksiyon 2GSH + H2O2 GSSG + 2H2O şeklinde cereyan eder. Bu reaksiyon sırasında glutatyon molekülünün -SH grubundaki hidrojenleri hidrojen perokside aktarılarak kendisi yükseltgenirken, hidrojen peroksit de suya indirgenmektedir. Sanki cephede düşmana karşı nöbet tutan asker gibi hücrede daima teyakkuz hâlinde bulunarak zararlı olabilecek bir molekülün anında zararsız, hattâ faydalı bir şekle (suya) dönüşmesine vesile olmaktadır.
Hücre içinde bulunan enzimlerden glutatyon redüktaz ile yükseltgenmiş olan glutatyon (GSSG) molekülü yeniden eski hâline (GSH) döner ve nöbete devam eder. Yükseltgenmiş glutatyon molekülünün hücrede indirgenme reaksiyonu aşağıda verilmiştir.
Glutatyon redüktaz enzimi
GSSG + NADPH + H+ 2GSH + NADP+
Diğer taraftan bu GSH ve GSSG molekülleri hücrede her zaman denge hâlinde bulunur. Her canlıda bulunan bu tür koruyucular, her sistemde bir dengenin yerleştirilmiş olduğunu hatırlatır. Bütün bunlar her şeye gücü yeten bir Yaratıcı’nın mükemmel düzen ve nizâmını kendi hâl dilleriyle anlatmaktadır. Doğru okuyup, doğru düşünmek Yaratıcı’yı bulmak için kâfidir. Biz bilimin penceresinden sadece molekülleri bile mânâ-yı harfîyle dinlesek onların Allah’ı anlattıklarını işitiriz. Bir gün kendisine gelip fen derslerinde muallimlerinin Allah’tan hiç bahsetmediklerini söyleyen liseli talebelere Bediüzzaman Hazretleri: “Onlar size Allah’tan bahsetmese bile sizin okuduğunuz dersler kendileri Allah’ı anlatıyor, siz onları dinleyiniz.” der. Bunun gibi biyomoleküller yaptıkları vazifelerle: “Biz başıboş değiliz, bizi yöneten ve vazifelendiren bir Yaratıcı’mız var.” diye haykırmaktadır.

Kaynaklar
- McKee, T., McKee,JR.2003.Biochemistry: The molecular basis of life(Third edition).The McGraw –Hill Companies,İnc. New York.
- Kuchel,W.P.,Ralston,B.G. 1988. Theory and Problems of Biochemistry. Schaum’s Outline Series, McGraw-Hill Book Company, New York
- Belitz, H.D.,Grosch,W.,Schieberle. 2004. Food Chemistry. 3rd revised Edition. Springer.

Mikro alemde yolculuk: Nanoteknoloji
Ahmet IŞIK
* Nanoteknoloji nedir, hangi boyuttaki madde ve sistemlerle ilgilenir?
* Nanoteknolojide kullanılan karbon nanotüplerinin ilgi çeken özellikleri...
* Nanoteknoloji, hangi alanlarda ne gibi yenilik ve kolaylıklar getirmektedir?
* Tabiatta nanoteknolojiye misâl olabilecek hâdise ve sistemler...

Daha küçük, daha hızlı ve daha dayanıklıyı araştıran nanoteknoloji, bize en küçük boyutların dünyasını açmaktadır. ‘Nano’ herhangi bir fizikî büyüklüğün milyarda biri demektir. Bir nanometre içine yan yana ancak 2–3 atom sığdırılabilir. İnsanın saç teli çapının yaklaşık 100.000 nanometre olduğu düşünüldüğünde, ne kadar küçük bir ölçekten bahsedildiği daha rahat anlaşılır. Nanoyapılar, uzunluk olarak bakıldığında yaklaşık 10-100 atomluk sistemlere (10-9 metre) karşılık gelmektedir. Teknolojik ürünlerdeki küçülmeye paralel olarak ortaya çıkan nanoteknoloji, bu boyutlardaki nanoyapılarla (malzemeler, cihazlar ve sistemler) ilgilenir. Fizikî, kimyevî ve biyolojik hâdiselerin nanometre ölçeğinde anlaşılması ile bu boyutlardaki fonksiyonel malzeme, cihaz ve sistemlerin geliştirilmesi ve üretimlerinin gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir.

Teknolojik ilerlemeye paralel olarak sunulan yeni ürünlerin boyutları da büyük oranda küçülmektedir. 1950’lerden itibaren kademeli olarak hayatımızın her sahasına girmiş olan bilgisayarlar bunun en iyi misâlidir. Bilgisayarlar önceleri bir oda kadar büyükken, günümüzde teknolojide kaydedilen gelişmeler neticesinde, masalarımızın veya dizlerimizin üstünde kullanabileceğimiz ebatlara inmiş, hattâ bazı araçlara yerleştirilen bilgisayarlar çok daha küçülmüştür. Şu anda 40 milyon transistörlü bir işlemcinin, 2015 yılında yaklaşık 5 milyar transistörden teşkil edileceği tahmin edilmektedir. Bu şekilde, bilgi işleme hızı oldukça artarken, enerji kullanımı çok aza indirilebilecektir.

Bedenimizdeki nanoteknoloji
Mükemmel şekilde yaratılmış insan vücudundan nanoteknolojiye verilebilecek binlerce misâlden biri, vücudumuzun yapı taşları olarak yaratılmış proteinlerin üretimi ile vazifeli olan ve tabiî nanomakine veya nanorobot olarak adlandırabileceğimiz ribozomlardır. Çok küçük olan bu yapılar, yaklaşık 15-20 nm çapında küreye benzer veya oval partiküllerdir. Ribozomlar, haberci RNA vasıtasıyla taşınan ve adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozin (C) isimli kodlardan oluşan şifreye göre aminoasitlerin hassas bir sırayla arka arkaya dizilerek proteinlerin yapıldığı moleküler fabrikalardır. Diğer bir misâl, moleküler motor proteinlerdir. Motor proteinler, yediğimiz besinler vasıtasıyla vücudumuzda açığa çıkartılan kimyevî enerjiyi, hareket enerjisine dönüştürmede rol alır. Motor proteinlere, ATP (adenozintrifosfat) molekülünün son fosfat bağının koparılmasıyla açığa çıkarılan enerji kullandırılır ve şekilleri değiştirilir. Enerjiye bağımlı bu şekil değişmesi, kendilerine bağlanmış olan farklı yapıların da hücre içindeki pozisyon ve şekillerinin değişmesine vesile olur. Günümüz teknolojisi ile üretilen hiçbir makinenin büyüklüğü, motor proteinlerin boyutlarına indirilemediği gibi, onlar kadar verimli de çalışamamaktadır. Kusursuz işletilen bu muhteşem sistemdeki ince nakışlar, mükemmel bir sanatın tercümanı gibidir. Bedenimizin her hücresi ve maddeyi oluşturan her atom, bu mükemmel yapı ve ölçüye uydurulmuştur.

Nilüfer bitkisindeki nanoteknoloji
Nilüfer çiçeğine (Lotus) verilmiş bazı özellikler, malzeme yüzeyi özelliklerini geliştirmede araştırmacılara ilham kaynağı olmuştur. Bu çiçeğin yaprakları hususî yüzey yapısı sayesinde her zaman temiz ve kurudur. Bu yüzden, neredeyse hiç kir tutmadığı gibi, yağmur ve rüzgârla üzerindeki kir veya toz da kolayca temizlenir. Nano parçacıkların kütlesinin ve yüzeyinin çok küçük olması ve uygulandıkları yüzeye çok sıkı bağlanması, pürüzsüz ve çok sağlam bir satıh meydana getirilmesini sağlar. Piyasaya sunulan kolay temizlenebilen ve yanmayan boya (fotokatalitik nanotex), nilüfer çiçeğindeki yüzey özelliklerine benzer özellikler taşımaktadır. Dış cephe boyalarında yüzeylerde tutunan organik kirleticiler, fotokatalitik nanotexin ihtiva ettiği nano parçacıklar ve reçinenin gözenekli yapısı sayesinde, güneş ışığı tesiriyle parçalanarak zararsız bileşikler olan karbondioksit, su, nitrat ve sülfat tuzlarına dönüşür. Bu tuzlar, dış cephelerde rüzgâr ve yağmur suyu ile temizlenir. İç cephelerde ise boya, nanomat ve fotokatalitik temizlenme özelliği sayesinde kir tutmaz. Nikotin lekesi, baca isi gibi kirlerin boya yüzeyinde oluşması böylece engellenmiş olur. Ayrıca, boya yüzeyinde sonradan oluşan yağ, ketçap, kurşun kalem, sulu boya vb. lekelerin kolaylıkla temizlenmesine imkân verir. Mat olmasına rağmen deterjanlı ıslak bezle silindiğinde boya filmi yüzeyinde parlama yapmaz.

Nanoteknoloji araştırmalarında son gelişmeler
Texas Üniversitesi’nde, nanoteknoloji kullanılarak, karbon nanotüplerinden saydam, esnek ve dayanıklı bir levha üretilmiştir. Grafitin, bal peteğini andıran atom düzleminin, bir silindir üzerine hiçbir kusur oluşturmadan kesiksiz olarak sıralanmış bir şekli olan karbon nanotüpleri; elektrik iletkenliği, esneklik, saydamlık ve dayanıklılık gibi özellikleri olan mükemmel bir yapıdadır. Bu levha, aynı ağırlıktaki çelik levhadan çok daha dayanıklıdır. Karbon nanotüpleri o kadar küçüktür ki, bunların trilyonlarcası bir araya getirilerek ancak geniş çelik yüzey veya ip gibi işe yarar bir nesne yapılabilmektedir. Dayanıklılık, esneklik gibi fizikî ve kimyevî özellikleri yanında, dış veya iç cidarlarına atom veya molekülleri soğuracak özellikler taşıması, karbon nanotüplerini daha kullanışlı hâle getirmektedir. Karbon nanotüpleri kullanılarak üretilen bu levhalar, ışık yayan organik ekran, gürültüsüz elektronik sensor, sentetik kas ve yüzeylerde desen oluşturma gibi birçok alanda kullanılabilecektir. Bu malzeme kullanılarak üretilecek araba camlarının, aynı zamanda, buzların çözülmesi için elektrik ısıtıcısı, anten veya bilgilendirici optik ekran olarak da kullanılabileceği iddia edilmektedir. Uzun bir nanotüpte, suyun farklı davranışlar sergilediği ve sıfırın altında bir sıcaklıkta dahi donmadığı ortaya çıkarılmıştır. Bilim adamları, benzer hâdisenin bitkinin kılcal köklerinde, bitkiye su taşınırken gerçekleştiğini belirtmişlerdir.

Rensselaer Polytechnic Institute’de yapılan bir araştırmada, yine karbon nanotüpleri kullanılarak, sudan nano ölçekteki mikropları ve petrolden de ağır hidrokarbonları ayrıştıran bir filtre geliştirilmiştir. Tamamen nanotüpler kullanılarak geliştirilen filtre, silindirik yapı korunarak gerçekleştirilmiştir. Filtre birkaç cm uzunluğunda, iki santimetre genişliğinde ve yarım veya üçte bir milimetre kalınlığında karbon silindirdir. Nanotüp kullanımı, filtreleri dayanıklı ve kolayca temizlenip yeniden kullanılabilir kılmıştır.

Araştırmacılar nanoelektromekanik (NEMS) cihazları, virüsleri ortaya çıkarmak üzere kullanmaya başlamışlardır. Meselâ bir grup araştırmacı, ‘nanotel alan-etki transistörü’yle grip virüsünü gözlemeyi başarmıştır. Cornell Üniversitesi’nde 10-18 gram gibi küçük bir kütleyi ölçebilen nanoelektromekanik bir sistem geliştirilmiştir. Harvard Üniversitesi’nde aynı anda yüz değişik virüsü algılayabilecek cihazların geliştirilmesi üzerinde çalışmalar devam etmektedir.

Purdue Üniversitesi’nde, dişleri DNA’dan yapılan bir vites sistemi ve çok küçük kuvvetleri ölçme kabiliyetine sahip nanoelektromekanik rezonatörler geliştirilmiştir. Texas A&M Üniversitesi’nde ise en küçük ölçekte malzeme taşıyabilen, lazerle çalışan moleküler lokomotif yapılmıştır.

Nanoteknolojide hedefler
Yukarıdaki buluşların birçoğu şu an daha çok lâboratuvarlarda yapılan çalışmalardan ibaret olsa da, bu çalışmalar ve gelişmeler, elektronik, kimya, fizik, malzeme bilimi, uzay ve hattâ sağlık bilimlerini ortak bir arakesitte buluşturmuştur. Nanobilim ve nanoteknoloji, bilişim ve haberleşmeden başlayıp, savunma sanayi, uzay ve uçak teknolojileri, moleküler biyoloji ve gen mühendisliğine kadar uzanan çok çeşitli alanlarda hızla hayatımıza girmektedir. Bu konuda, Amerika ve Japonya başta olmak üzere, dünyadaki birçok gelişmiş ülkede büyük bütçelerle araştırma lâboratuvarları kurulmuştur. Ülkemizde de bu konu üzerinde araştırma yapan lâboratuvarlar mevcuttur.

Gelecekte mikroskop yardımıyla kullanılabilen süper bilgisayarlar, ameliyatlarda kullanılan nanorobotlar, kirliliği önleyen nano parçacıklar vb nanoteknolojik ürünlerin geliştirilmesi hedeflenmektedir. Bir asma köprünün çok kalın halatlar yerine, gözle dahi fark edilemeyecek derecede ince ve şeffaf olan tellerle ayakta durabileceğini hiç düşündünüz mü? Belki de yakın bir gelecekte, nanoteknoloji kullanılarak geliştirilen çok ince fakat şu an kullanılan çelik halatlarla karşılaştırıldığında çok daha dayanıklı malzemelerden yapılacak tellerle bu mümkün olabilecek.

Ayrıca, ülke güvenliğini ilgilendiren konularda nano malzeme bilimi, yeni savunma sistemlerinin geliştirilmesinde, haber alma konularına yönelik çok küçük boyutlarda cihazların yapılmasında kullanılabilecektir. Birim ağırlık başına şu andakinden 50 kat daha hafif ve çok daha dayanıklı malzemeler üretilebilecek ve insanın günlük hayatında kullandığı tekstil ürünleri değişebilecek (kir tutmayan kumaşlar gibi), uzay araştırmalarında ve havacılıkta yeni roket ve uçak planlarının ortaya çıkması mümkün olabilecektir. Yine bu teknolojiyle, DVD’lerin bilgi saklama kapasitesi yüzlerce kat artabilecek; entegre devrelerde, optik çözünürlükleri klâsik merceklerden çok daha yüksek olan süper mercekler kullanılarak, günümüzde 1 milyar transistörün girdiği alana 1 trilyon transistör sığdırılabilecektir.

Geliştirilen ürünlere bakıldığında, nanobilim üzerine yapılan araştırmaların, diğer bilim dallarında olduğu gibi, Allah’ın (cc) yarattığı kusursuz işleyen sistemleri taklit ettiği görülmektedir. İnsanoğlu, şimdilerde daha iyi görebildiğimiz ve mikro âlem olarak isimlendirdiğimiz bu âlemi araştırdıkça belki de gelecekte Cenab-ı Hakk’ın bu âlemlerdeki sırlı güzelliklerini temaşa etmekle kalmayıp, tıptan fiziğe, malzeme biliminden genetiğe kadar birçok alanda yeni icatlara ve istifadesine sunulan nimetlere kavuşabilecektir.

Nanoteknoloji de diğer bütün bilim dalları gibi, öncelikle, yaratılıp kulların hizmetine tahsis edilen bu tabiatı ve tabiatta kurulmuş bir denge içinde kusursuz işleyen sistemi anlamaya çalışmalı ve bu sistemleri sınırlı ölçüde de olsa kendi geliştirdiği sistemlere uygulamayı hedeflemelidir. Nanoteknolojik araştırmaların hedefi insanlığın refahını artıracak yeni sistemler geliştirmek olmalıdır.
_______________

Kaynaklar
- Nanobilim ve Nanoteknoloji Stratejileri, Vizyon 2023, Tübitak yayını, Ağustos 2004, Ankara
- Sızıntı Dergisi, Ekim 2005, Mikro Âlemdeki Canlı Motorlar: Motorproteinler
- Journal Science Aug. 19 2005
- Nanotube water doesn’t freeze - even at hundreds of degrees below zero Argonne National Lab. by Evelyn Brown
- Efficient Filters Produced from Carbon Nanotubes, Rensselaer Polytechnic Institute
- Yeni Ufuklara, Türkiyede nanoteknoloji, Bilim ve Teknik Dergisi Ağustos 2005 sayısı Nanoteknoloji Özel Eki
- http://www.zyvex.com/nano/
- http://www.foresight.org/Nanomedicine/
- http://www.gyte.edu.tr/ebulten/sayi2/nanoteknoloji.htm
- http://www.zaman.com.tr/?bl=ekonomi&alt=&trh=20050518&hn=174271
- http://www.msnbc.msn.com/id/897616/