Editörün Sunuşu: Proteinlerin Ardındaki İmkânsızlık ve Yaratılışın Delilleri

Proteinler, canlılığın temel yapı taşlarıdır. Ancak bu yapı taşlarının meydana gelmesi, evrim teorisinin öngördüğü basit ve kendiliğinden gerçekleşen süreçlerle açıklanabilecek kadar sıradan bir mesele değildir.

Evrim teorisi, canlılığın milyonlarca yıl boyunca rastlantısal mutasyonlar ve doğal seçilim yoluyla geliştiğini ileri sürmektedir. Peki, canlılığın temelindeki proteinlerin son derece hassas amino asit dizilimleri ve üç boyutlu yapıları, yalnızca tesadüfi süreçlerle nasıl ortaya çıkmıştır? Basit bir proteinin dahi işlevsel bir yapıya kavuşmasının olasılığı konusunda ciddi sorunlar bulunmaktadır.

Elinizdeki yazıda moleküler biyolog Douglas Axe, kendi deneysel çalışmalarından hareketle işlevsel protein dizilerinin ne kadar nadir bulunabileceğine dikkat çekiyor. Axe’in hesaplamalarına göre, belirli bir işlevi yerine getirebilecek uygun bir protein dizisinin rastgele ortaya çıkma ihtimali yaklaşık 10 üzeri 79’da bir düzeyindedir. Bu olağanüstü düşük olasılık, hayatın kökenine ilişkin tesadüf merkezli açıklamaların sorgulanmasını gerektiren önemli bir meseledir.

Biz, Bilim ve Medeniyet olarak hayatın kör tesadüflerin değil, sonsuz ilim, kudret ve hikmet sahibi Yüce Allah’ın eseri olduğuna inanıyoruz. Proteinlerde gördüğümüz olağanüstü düzen, hassasiyet ve işlevsel bütünlük de yaratılışın üzerinde düşünülmesi gereken delillerindendir.

Yüce Allah şöyle buyuruyor:

“O, yarattığı her şeyi güzel yapan ve insanı yaratmaya çamurdan başlayandır.”

(Secde Suresi, 7. Ayet)

Aşağıda sunduğumuz çalışma, Douglas Axe’in kaleme aldığı İngilizce makalenin Türkçe çevirisidir. Makalenin orijinaline ve gerçek yayın adresine aşağıdaki bağlantıdan ulaşabilirsiniz:

Orijinal makale: https://scienceandculture.com/2021/10/can-new-proteins-evolve/

Yeni Proteinler Evrimleşebilir mi?

Douglas Axe

8 Ekim 2021

Editörün notu: Bu yazı, Douglas Axe’in yeni yayımlanan The Comprehensive Guide to Science and Faith: Exploring the Ultimate Questions About Life and the Cosmos (Bilim ve İnanç Üzerine Kapsamlı Rehber: Yaşam ve Evren Hakkındaki Temel Soruların İncelenmesi) adlı kitaptaki bir bölümünden alınmıştır.

Birbirine bağlanmış uzun amino asit zincirlerinin, makine hassasiyetinde son derece özel moleküler işlevleri yerine getirmesini sağlayan şey nedir?

Bunun cevabı, makineyi andıran bir yapıdır.

Şekil 2’de, binlerce örnekten yalnızca biri olan bu olağanüstü yapılardan birini görüyoruz. Görseldeki çok parçalı moleküler makine, ATP sentaz adı verilen ve 22 protein molekülünden oluşan bir komplekstir. Bu yapı, hücrelerin enerji molekülü olan ATP’yi üretir.

Biyokimyacılar, ADP’den ATP üretmek gibi bir kimyasal dönüşümü gerçekleştirdiği için ATP sentaza bir enzim derler. Ancak onu moleküler bir makine olarak adlandırmak hiç de abartılı değildir. Son derece gelişmiş bir nano-jeneratör gibi çalışan ATP sentazın, c-halkası, gama (γ) ve epsilon (ε) olarak adlandırılan parçalardan oluşan bir rotoru vardır. Bu rotor dakikada 8.000 devir hızla dönebilir!

 

 

Şekil 2: Bakteriyel ATP sentazın yapısı. (A) Protein parçalarını gösteren şematik çizim. (B) Kriyo-elektron mikroskobu yöntemiyle farklı açılardan elde edilmiş ATP sentaz görüntüleri. (C) Moleküler ayrıntılar.

Peki, birbirine bağlanmış uzun amino asit zincirleri, böyle makinelerin parçalarını oluşturacak kararlı yapıları nasıl meydana getirir?

Kısa cevap şudur: Farklı amino asitlerin zincir boyunca öyle bir sırayla dizilmesi mümkündür ki, bütün zincir kendine özgü üç boyutlu bir şekle kilitlenir. Bu sürece protein katlanması (protein folding) denir. Buradaki katlanma ifadesi, proteinin genel üç boyutlu biçimini tanımlar. Şekil 3, bu sürecin temelini göstermektedir.

Burada özellikle mümkün kelimesini vurguluyorum. Çünkü bunun önemli bir nedeni var.

Rastgele bir gen, rastgele bir amino asit dizisini belirler. Böyle bir zincir, belirli ve kararlı bir yapıya katlanmak yerine gelişigüzel hareket eder. Bu tür zincirler, hücre içindeki işleyişe zarar vermelerini önlemek amacıyla hızla parçalanarak yeniden amino asitlere ayrılır.

Protein zincirlerinin kararlı yapılara katlanabilmesi için son derece özel amino asit dizilerine ihtiyaç vardır.

Olağanüstü Özelliğin Ölçülmesi

Bu dizilerin ne kadar özel olması gerektiğini ölçmek mümkündür.

Rastgele genlerin işlevsel proteinler meydana getirmesi son derece güç olduğundan, bunu araştırmanın en iyi yollarından biri, belirli bir özelliği ortaya çıkaran işlevsel bir protein üreten doğal bir genle işe başlamaktır.

Laboratuvar ortamında, seçilen gen üzerinde rastgele mutasyonlar oluşturmayı sağlayan yöntemler mevcuttur. Bu işlem, meydana gelecek değişikliklerin sayısı sınırlandırılarak veya mutasyonlar genin küçük bir bölgesine odaklanarak kontrollü biçimde gerçekleştirilebilir.

İşlevsel bir protein üreten genle başlanıp mutasyonların kapsamı bu şekilde kontrol edildiğinde, çok sayıda mutant gen elde edilebilir. Bunların bir kısmının işlevini koruması da beklenebilir.

Bu tür önceki çalışmalar üzerine inşa ederek, bakterilerin penisilin benzeri antibiyotikleri etkisiz hâle getirmesini sağlayan doğal bir gen üzerinde çalıştım.

Bu deneyde incelenen özellik antibiyotik direnciydi. Bu özelliği laboratuvar ortamında tespit etmek oldukça kolaydır.

Öncelikle bakteriler, az miktarda penisilin içeren petri kaplarına yerleştirilir. Penisilini parçalayabilen bir enzimi üretmeye devam eden mutant genleri taşıyan bakteriler, petri kaplarında gözle görülebilir koloniler oluşturur. İşlevini kaybetmiş genleri taşıyan bakteriler ise ölür.

Deneylerimde, her biri on amino asitten oluşan dört ayrı bölge seçtim. Her deneyde bu bölgelerden birine karşılık gelen gen bölümlerinde yoğun mutasyonlar meydana getirdim. Böylece, söz konusu on konumda birbirine karışmış farklı amino asit dizileri taşıyan mutant enzimler üreten çok sayıda mutant gen elde ettim.

Her bir bölge için yaklaşık 100.000 mutant gen test ettim. Üç bölgede işlevini koruyan bazı mutantlar buldum. Dördüncü bölgede ise hiçbir işlevsel mutant elde edemedim.

Elbette, daha fazla mutant test edilseydi dördüncü bölgede de işlevini koruyan bazı örnekler bulunabilirdi.

Her durumda, bu sonuçlardan hareketle her bir bölge için işlevini koruyan mutantların oranını tahmin edebildim. Ancak dördüncü bölge için yaptığım tahminin, gerçekte olduğundan daha yüksek bir oranı gösteren üst sınır niteliğinde olduğunu belirtmek gerekir.

 

 

 

Şekil 3: Proteinlerin amino asitlerden oluşumu. Amino asitler, bir genin belirlediği hassas sıraya göre tek tek birbirine bağlanarak uzun ve esnek bir moleküler zincir meydana getirir. Doğal genlerin belirlediği amino asit dizilerinin çoğu, bütün zincirin belirli bir üç boyutlu yapıya katlanmasını sağlayan özel özelliklere sahiptir.

Bilim insanları, proteinlerin katlanmış yapılarını daha kolay inceleyebilmek için basitleştirilmiş gösterimlerden yararlanır. Bunların en yaygın olanı şerit (ribbon) gösterimidir.

Şerit gösteriminde her bir sarmal, alfa heliks adı verilen bir yapı unsurunu; her bir ok ise beta tabakasını (beta strand) temsil eder. Bu iki yapı, proteinlerin büyük bölümünün temel iskeletini meydana getirir. Bu unsurlar arasındaki bağlantılar ise dönüşler veya ilmekler olarak adlandırılır.

İlmekler, dışarıdan bakıldığında gevşek ve spagettiyi andıran bir görünüm sergilese de çoğu zaman proteinin diğer bölümleri gibi belirli ve kararlı bir yapıya sahiptir.

Proteinlere Yeniden Dönüş

Deneysel olarak elde ettiğim bu tahminlerden hareketle, genin tamamının benzer şekilde mutasyona uğratılması durumunda işlevini koruyabilecek mutantların oranını hesapladım.

Bu oran, proteinlerin evrimi açısından büyük önem taşıyan başka bir oranla yakından ilişkilidir.

Ancak bu önemli oranın ne anlama geldiğini ele almadan önce, söz konusu oranı doğru bir bağlama oturtabilmek için evrimsel düşüncenin temelini biraz anlamamız gerekiyor.

Proteinler konusuna yeniden dönersek, bütün bu tabloya ne ekliyorlar?

Cevap şudur: Proteinler, yaşamın amaçtan ve yönlendirmeden yoksun açıklamalarını neden sağduyumuza dayanarak reddetmemiz gerektiğini gösteren örneklerdir.

Bu ilkeleri tam olarak kavrayıp kabul etmek için proteinleri veya başka herhangi bir teknik konuyu incelememiz şart değildir. Ancak proteinlerde, bu ilkeleri zarif bir biçimde doğrulayan örneklerle karşılaşırız.

Yukarıda sözünü ettiğim önemli oran, rastgele bir amino asit zincirinin, belirli bir işleve uygun kararlı bir yapıya katlanmasını sağlayacak özel fiziksel özelliklere sahip olma olasılığıdır.

Bunu evrimsel açıdan ifade edelim:

Yeni bir protein katlanmasının, canlıya fayda sağlayacak yeni bir yetenek kazandırabileceğini varsayalım. Ayrıca canlıdaki genetik bir hatanın, mevcut gen dizisinden önemli ölçüde farklı yeni bir gen dizisi ortaya çıkardığını düşünelim.

Bu durumda hesaplamamız gereken olasılık şudur: Yeni oluşan gen dizisinin, arzu edilen yeni işlevi yerine getirebilen bir proteini kodlama olasılığı nedir?

Penisilini etkisiz hâle getiren enzim üzerinde yaptığım deneylerin sonuçlarından hareketle, bu olasılığın yaklaşık olarak şu düzeyde olduğunu tahmin ettim:

1 / 100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000

Bu, rastgele bir amino asit dizisinin belirli bir işlevi yerine getirebilecek yeni ve kararlı bir protein yapısı meydana getirme olasılığının ne kadar düşük olabileceğine ilişkin tahminimdir.

Douglas Axe Hakkında

Douglas Axe, Biola Üniversitesi’nde Rosa Moleküler Biyoloji Kürsüsü başkanı ve Discovery Institute Bilim ve Kültür Merkezi’nde kıdemli araştırmacıdır.

Aynı zamanda Biologic Institute’un kurucu direktörü, BIO-Complexity dergisinin kurucu editörü ve Undeniable: How Biology Confirms Our Intuition That Life Is Designed (İnkâr Edilemez: Biyoloji, Yaşamın Tasarlandığına Dair Sezgilerimizi Nasıl Doğruluyor?) kitabının yazarıdır.

Caltech’te doktora eğitimini tamamladıktan sonra Cambridge Üniversitesi’nde ve Cambridge Tıbbi Araştırma Konseyi Merkezi’nde doktora sonrası araştırmacı ve araştırma bilimcisi olarak görev yapmıştır.

Proteinlerin ve protein sistemlerinin evrimine ilişkin yapısal ve işlevsel kısıtlamaları inceleyen araştırmaları; Journal of Molecular Biology, Proceedings of the National Academy of Sciences, BIO-Complexity ve Nature gibi bilimsel yayınlarda yer almıştır. Ayrıca Stephen Meyer’in Signature in the Cell ve Darwin’s Doubt kitaplarında ve Simon Conway Morris’in Life’s Solution adlı eserinde çalışmalarına atıfta bulunulmuştur.