Katalog

YESfL S A Y F A Evrimde oksijen öncesi ve sonrası Oksijen ve canlılar Yeryüzünün ilk çevre kirlenmesi oksijen fazlalığıydı. Oksijenln oluşması ile sayısız canlı türü yaşama veda ederken, diğerleri oksljenle yaşamak Için biyolojik değişlkliğe uğradı. Tsmail Murat Z aman ıçınde yolculuk mumkun olsun ve bır uzay gemısıne atlayıp gunumuzden bırkaç mılyar yıl genye gıdelım (dunyamıza yumuşak ınış yapalım) Yeryuzu henüz bir cehennem görunumunde Yanardağlar durmaksızın kızgın lavlar ve mılyonlarca ton su buharı puskurtüyor Azot, karbondıoksıt, hıdrojen, metan ve amonyak gıbı gazlar da volkanık pailamalar yoluyla yeryuzune çıkıyorlar Ortalık yoğun bır sıs tabakasıyla kaplı, su buharı yağmur şeklınde yeryuzune duşmekte, ancak yuzeyın sıcak lığı iOO°C'den fazla olduğu ıçın hemen buharlaşmakta Senaryomuzun gereğı, zamanın akışını hızlandırıyoruz Yerkure gun geçtıkçe sogumaya başladı, su buharı ilkel denizleri oluşturmak uzere yerın çukur yerlerıne toplandı Atmosfer berraklaştı, gökyuzunun mavılığı ortaya çıktı, guneşın ışıkları yeryuzune ulaştı Gezegenımız karaları, okyanusları ve mavı gökyuzuyle gunumuzdekıne yakın bır görunum almışa benzıyor Ancak görunuşe aldanıp acelecı davranmayalım Senaryomuz daha tamamlanmadı Henuz yeryuzunde oksıjen yokl Oksıjen tupunu takıp uzay gemısınden mdığımızı duşunelım, yıne acele ettık guneşın yuksek enerjı taşıyan kısa dalgalı mor otesı ışınları birkaç dakika ıçinde derı mızı kavuracak, ne olduğunu anlayamadan şaşkınlık ve acı içinde uzay gemımıze doğru koşacağız, dunya henuz yaşanacak bır yer değıl Ama daha şaşırtıcı olan bır şey var Yeryuzunde yaşamın başlaması ıçın, bızım yaşamamıza olanak vermeyen söz konusu ıkı koşul gereklı Oksıjensız bır ortam ve yuksek enerjılı mor otesı ışınlar Senaryonun devamını getırebilmek ıçın bu paradoksu çözmek zorundayız Paradoks, görunuste çozulemeyecek gıbı duran bır çe lışkıden oluşuyor Yeryuzundekı butun canlılar kıml anaerob bakterıler ve parazıtler dışında oksıjensız yaşayamaz Buna karşın canlı varlıkların cansız yapıtaşları olan organık maddelerın tumu serbest oksijen tarafından (oksijen, kımyasal aktıvıtesı çok yuksek olan bır gazdır) oksıde edılır, yanı parçalanır Ayrıca atmosferdekı oksijen guneşten gelen kısa dalgalı mor otesı ışınları buyuk olçude tutarak soz konusu ışınların canlıları yok etmesını önler Bu mor otesı ışınlar pro teın yapısındakı canlılar ıçın öylesıne tehlı kelıdır kı (başka yapıda canlı varlık bılınmıyor) amelıyathanelerde kullanılan en ılerı dezen feksıyon yöntemı mor otesı lambalardır Oysa senaryomuz ıçın mor otesı ışınların sağladığı enerjı bıze çok gereklı Mor ötesı ışınlar, anorganık molekullerın bırbırıyle kaynaşarak daha buyuk moleküller oluşturması ıçın gereklı enerjıyı sağlıyor Denız yuzeyıne duşen mor ötesı ışınlar bu "ılkel çorba"da çözülmüş bulunan metan, karbondıoksıt ve amonyak gıbı molekullerı daha buyuk organık molekuller durumuna getırıyor, ancak yıne aynı ışınlar bu buyuk molekullerın oluştukları anda parçalanması na neden oluyor Bu yapımyıkım döngusu tum suların yuzeyınde 1015 metre derınlığe dek surup gıtmekte Mor ötesı ışınlar daha derıne erlşemedıklerınden suyun normal akıntısı ve turbulansıyla daha derıne ınen buyuk molekuller yıkılmaktan kurtuluyor ve söz konusu organık bırıkim yaşamın temelını atıyor (Şekıl1) Mor otesı ışınların ıkıncı buyuk etkısı su molekullerını parçalamasıydı (fotodıssosıyasyon) Işınların etkısiyle su moleküllerinln nıarojen ve oksıjene parçalanmasıyla, serbest hıdrojen atmosferın ust katmanlarına doğru yukselırken, oksijen aşağı katmanlarda kalıyor ve zamanla bu O 2 tabakası kalınlaşarak bır mor ötesı ışın fıltresı oluşturuyordu Ancak oksıdasyon sonucunda serbest oksijen azalınca mor ötesı ışın lar yıne fotodısosıyasyona ve buyuk molekul yapımına devam edıyordu Zamanla oluşan denge sonucu oksijen atmosferdekı ılkel mıktarının uzerıne çıkmaz Bu karşılıklı etkıleşım "Urey Etkıleşımı"(") olarak bılınır Kuşkusuz Urey Etkısı ıle oluşan oksııen bugunkunun bınde bırı kadardı Atmosferdekı oksıjen mıktarı daha sonrakı jeolojık donemlerde yeşıl bıtkılerın yaptığı fotosentez sonucunda artış gösterecektı Oksıjenın biyolojik rolunün anallzi iki ana başlık altında toplanabilir 1) Oksıjenın, oksıdatıf enerjı uretıminin subsratı (hammaddesı) olması 2) Metabolık yapım (anabolızma) ve yıkım (katabolızma) sureçlerıne ve sayısız bıyotransformasyon olayına katılması Oksıjenı substrat (hammadde) olarak kullanan 200'den fazla enzım (Bk BılımTeknlks 21) bılınmekte. bu enzımler ıkı gruba ayrılıyor oksıjenazlar ve oksıdazlar Oksıjenazlar, ok sıjenın organik molekullere bağlanmasını ve yapısında oksijen bulunan organık molekul lerın uretımını katalızleyen enzımler Oksı baz reaksıyonlarında ıse molekulsel oksijen bır elektron alıcısı görevı yapıyor ve organızma ıçın zararlı bıleşıklerı olan ve yuksek reaksıyon yeteneğıne sahıp O 2 ve H 2 O 2 (peroksıt) molekullerıne ındırgenıyor Tabloll HücreTerdekl oksijene bağımlı bazı önemlı hucresel sureçler görulmektedır Hucreler yaşam ıçın gereklı enerjının buyuk bır bölumunu mıtokondrıal oksıdatıf fosforılasyon ıle uretıyorlar Hucre zarının bıyosentezı, DNA yapımı ve karacığer hucrelerının TABLOI Yerkabuğu elemanları ve yüzdelerı Havanın Bileşimi Azot Oksijen Argon KarbondıoksıtNoon Helyum Krıpton Hıdroıen Krenon 78 9 20 95 0 92 0 03 0 0018 0 00052 0 0001 0 00005 0 000008 Yeşıl bıtkılerın yanı kloroplastlı hucrelerın sureklı fotosentezı aşırı oksijen uretımıne yol açıyordu Fazla mıktarda oksijen oksıtleylcı etkısınden dolayı mevcut tum canlıları tehdıt etmeye başlamıştı Bu sefer tehdıt bızzat canlının kendısı tarafından yaratılmıştı Yeryuzunun ilk çevre kirlenmesi oksijen fazlalığıydı1 Oksıjenın oksıtleyıcı etkısını nötralıze edecek enzım sıstemlerı gelıştıren canlılar, bu yenı ortama uyum sağladı Kımı canlılar ıse daha ılerı gıderek oksıjenden korunmakla kalmadı, oksıjenı metabolızmalarının vazgeçılmez bır elementı olarak kullanmaya başladı Bırkaç yuz bın durumda yeryuzune egemen olan bu canlı tum, anoerob (oksijen kullanmayan) canlıların sadece laktık asıde kadar parçalayabıldıklerı besın kaynaklarını, yanı mayalanmanın artık urunlerını, su ve karbondıoksıte kadar parçalayarak buyuk mıktarda biyolojik enerjı uretımını başardılar Enerjı uretımınde oksijen kullanımı, yanı 'solunum'un ortaya çıkışı evrımın onemlı basamaklarından bırıdır ve bu evceye dek geçen sure bu evreden ınsanın oluşumuna dek geçen surenın en azından beş katıdır So lunum olayının ayrıntılarını başka bır yazıya bırakarak oksıjenın canlılar ıçın önemını ınceleyelım Oksljen y«r kabuğunun en çok bulunan elemanıdır (TabloI) Atmosferin İ M %21 'I okslfjendan olusur. Y«r kabuğunda kayaçlan meydana g«tlr«n bileaikler, önemll mlktarlarda bağlı oksljen Içerirler. örnağin kalkerde bu oran %48'dlr. Renkslz ve kokusuz blr gaz olan oksijen sıvı haldeyken açık mavl renktedlr. 20°C sıcaklıkta lltredeki ağırlığı 1.43 g; kaynama noktası • 183C; «rgim* nokteaı 218.9Cdlr. Sudakl çözünüriüflü (0*C'cl«, 1 bar baaınçta) 7J0 mg/l'dlr. Molekülsel oksijenln ( O ^ biyolojik islevleri 18 yüzyıldan berl (Lavoisier) bılım adamlarının llgisini çekmlştir. Gunumüzd* bryolojl dare kitaplannda yer alan "kapalı bir cam fanus k?lnde havaaa kalan canlılarm ölmeai" tOrOnden deneyter artık blzi hayacanlandırmaM da oksijencanlıhk lllaklalnin hOcr» v« molokul dOzayind* «ta alındıflı billmMl armştırmalar butun hızıyta surmekte OZONSUZ ATMOSFER ı UZAY ( Oı OZONLU ATMOSFER kısa UV ve kısa dalgalar O, (OZON) TABAKASI GÖRÜNEN IŞIK ATMOSFFR 8 U Y U Z Azotiu B,leş,kler Kukurtlu Bıleşıkler Fosfat, CO: CH 4 ve mıneral tuzları E Y İ FOTODİSOSİYASYON PARÇALANMA KATMANI ^ENJEZJCATMANJ i Amınoasitler " ^\^S^S Buyuk Molekuller Proteınoıd Molekullerı ] BİRİKİM KATMANI Organık L Molekul f Katmanları zehırlı maddelerı etkısız duruma getirmesı (detoksıfıkasyon) yıne cksıjen gerektıren sureçler öte yandan vucutta oksıjenın suya ındırgenmesı sırasında ara urun olarak O 2 ve OH köklerı (radıkallerı) ve H 2 O 2 (peroksıt) meydana gelıyor Oksijen kullanan hucrelerde sureklı oluşan ve hucrenın kendıne zararlı olabılecek söz konusu bıleşıkler, özel vucut hucrelerı tarafından bır kımyasal sılah olarak bakterı ve tumör hucrelerıne karşı kullanılıyor Dolayısıyla oksijen bağışıklık mekanızmalarını da bu şekılde desteklemiş oluyor Hucreler bu zararlı oksijen bıleşıklerıne karşı Superoksıtdızmutaz, katalaz ve glutatıonperoksıdaz gıbı enzımler yardımıyla korunuyorlar Zehırlı oksijen bıleşıklerının ıltıhap ve ozellıkle yaşlanma surecıyle ılgılı olması ıhtımalı kuvvetlı Metabolık sureçlerde ortaya çıkan söz konusu radıkallenn DNA sarmalında kalıcı ıxenine bağlar otuşturmaktadır Bu nedenle DNA yapısının bozulması ıle yaşlanma olgusu açıklanabılır Bölunen hucrelerın özgul ışlevlerı yerıne getırecek dönuşumler! geçırmesı 'farklılaşma' (defferentatıon) olarak adlandırılır Hucre buyumesı ve bölunmesının oksı jene bağımlı sureçler olduğu 1876'da Pasteur tarafından ortaya çıkarılmıştı Maya hucrelerı perıyodık olarak oksijen alamadıklarında dejenere oluyordu Unlu bıyokımya cı VVarburg oksıjensız hucre farklılaşmasının olamayacağını, dolayısıyla karmaşık ve ozelleşmış hucre tıplerının ancak oksijen varlığında çoğalabıleceğını göstermıştır Farklılaşma ıle oksijen gereksınımı arasındakı ılışkı, farklılaşmanın termodınamık açıdan bır duzenlılık yanı olasılığı duşuk bır durum olması gerçeğıne dayanmaktadır Hucre farklılaşmasının surdurulmesı ıçın sıstemın sureklı olarak dışarıdan enerjı alması gerekmektedır Oksijen yokluğunda ıse hucrenın glıkolız (glıkozun lakık asıde parçalanarak enerjı kazanımı) yoluyla elde ettığı enerjı mıktarı farklılaşmanın surmesı ıçın yeterlı olmamaktadır n (*) Ur»y; Amarlkalı blllm adamı, atmosfarln •vrlml çalıamalanndan ötürü Nobal ödUlü almiftır. Şekil1 Dunyantn İlk evrelerlnde su yuzeyine ulaşan yükaek enerjill günes tşmlannın oksijen oluşumuna \n buyük molokül sentazln» katkıaı