Hayatın Moleküler Makineleri: Proteinlerin Yapısı, Fonksiyonları ve İşleyişindeki Nizam

Giriş

Bu raporun amacı, canlı sistemlerin temel işlevsel birimleri olan proteinlerin, yapı taşları olan amino asitlerden başlayarak nasıl üç boyutlu karmaşık yapılar haline geldiklerini ve bu yapıların neticesinde ortaya çıkan hayati fonksiyonları güncel bilimsel veriler ışığında incelemektir. Canlılığın sürdürülmesi için elzem olan enzimatik, yapısal, taşıyıcı, düzenleyici ve savunma gibi görevlerin proteinler tarafından nasıl yerine getirildiği detaylandırılacaktır. Analiz, proteinlerin yapısı ve işleyişindeki hassas düzeni, amaca yönelik mekanizmaları ve bu süreçleri açıklarken kullanılan bilimsel dilin kavramsal temellerini sorgulayan bir çerçevede sunulacaktır. Konu, temel bileşenler ile bu bileşenlerden inşa edilen bütün arasındaki farkı vurgulayarak ele alınacaktır.

Bilimsel Açıklama ve Güncel Bulgular

Proteinlerin Temel Yapı Taşları ve İnşası

Amino Asitler: 20 Temel Birim

Proteinler, canlılığın en temel organik molekülleri olup, “amino asit” olarak adlandırılan 20 çeşit temel birimin belirli bir sıra ile dizilmesiyle oluşan polimerlerdir.1 Her bir amino asit molekülü, bir merkezi karbon atomuna kovalent bağlarla bağlanmış dört farklı grup içerir: bir amino grubu (NH2), bir karboksil grubu (COOH), bir hidrojen atomu ve “R grubu” olarak bilinen değişken bir yan zincir.3 Bu R grubunun kimyasal yapısı, her bir amino asidin boyutunu, polaritesini (suyu sevme veya sevmeme eğilimini), elektrik yükünü ve reaktivitesini belirler. Bu çeşitlilik, proteinlerin nihai yapısı ve işlevi için temel bir zemin sağlar. Doğada 300’e yakın amino asit bulunsa da, canlılarda proteinlerin inşasında kullanılan ve genetik kod tarafından şifrelenen 20 standart amino asit mevcuttur.3 Bu 20 yapı taşından 8 tanesi insan vücudunda sentezlenemez ve dışarıdan besinlerle alınması zorunludur; bu amino asitlere “esansiyel (temel) amino asitler” denir.2

Peptit Bağı ve Polipeptit Zinciri

Proteinlerin inşası, amino asitlerin birbirine eklenmesiyle gerçekleşir. İki amino asit, birinin asidik karboksil grubu ile diğerinin bazik amino grubu arasında bir su molekülünün (H2O) çıkmasıyla sonuçlanan bir yoğunlaşma reaksiyonu ile birleştirilir. Bu reaksiyon sonucunda oluşan güçlü kovalent bağa “peptit bağı” adı verilir.1 İki amino asidin birleşmesiyle “dipeptit”, üçüncüsünün eklenmesiyle “tripeptit” ve çok sayıda amino asidin zincir şeklinde birleşmesiyle “polipeptit” adı verilen yapılar meydana gelir.2 Bir protein, bir veya daha fazla polipeptit zincirinden oluşabilir ve bu zincirler yüzlerce, hatta binlerce amino asit içerebilir.

Bilgiden Yapıya Geçiş

Bir proteinin hangi amino asitlerden oluşacağı ve bu amino asitlerin hangi sırada dizileceği bilgisi, hücre çekirdeğindeki Deoksiribonükleik Asit (DNA) molekülünde kodlanmıştır.3 Bu genetik bilgi, “transkripsiyon” süreciyle bir haberci RNA (mRNA) molekülüne kopyalanır. Ardından mRNA, hücrenin protein sentez fabrikaları olan ribozomlara taşınır. Ribozomlarda, mRNA’daki genetik şifre okunarak, amino asitlerin doğru sırada birbirine eklenmesiyle bir polipeptit zincirinin inşa edildiği “translasyon” süreci işletilir.5 Dolayısıyla, her proteinin birincil yapısı, yani amino asit dizilimi, önceden var olan genetik bir plana göre hassas bir şekilde tertip edilir. Bu süreç, bilginin tek boyutlu bir koddan (DNA dizilimi) yine tek boyutlu bir polimer zincirine (polipeptit) aktarıldığı, hiyerarşik bir bilgi akışını temsil eder. Bu ilk dizilim rastgele değildir; sonraki tüm adımlar için gerekli bilgiyi içeren, yapı taşlarının özgül bir düzenlemesidir.

Üç Boyutlu Yapının Belirlenmesi: Katlanma Hadisesi ve Kalite Kontrol

Termodinamik Hipotez (Anfinsen Prensibi)

Ribozomlarda sentezlenen doğrusal polipeptit zinciri, işlevsel olabilmek için belirli ve karmaşık bir üç boyutlu yapıya katlanmalıdır. “Termodinamik hipotez” veya “Anfinsen dogması” olarak bilinen temel ilkeye göre, bir proteinin amino asit dizilimi, fizyolojik koşullar altında (sıcaklık, pH, vb.) o proteinin en düşük serbest enerjiye sahip, en kararlı ve dolayısıyla “doğal” (native) üç boyutlu yapısını belirleyen temel bilgiyi içerir.7 Bu katlanma süreci, büyük ölçüde hidrofobik (suyu sevmeyen) R gruplarına sahip amino asitlerin, sulu hücre ortamından kaçarak proteinin merkezinde sıkıca paketlenmiş bir çekirdek oluşturma eğilimi ile yönlendirilir. Bu esnada, hidrofilik (suyu seven) amino asitler ise proteinin dış yüzeyinde konumlanarak su molekülleriyle etkileşir.5 Bu termodinamik olarak en elverişli duruma ulaşma eğilimi, polipeptit zincirinin benzersiz ve işlevsel yapısını almasıyla sonuçlanır.

Hücresel Kalite Kontrol Mekanizmaları

Protein katlanması, hücrenin son derece kalabalık ve karmaşık ortamında hatalara açık bir süreçtir. Yanlış katlanmış veya katlanamamış proteinler işlevsiz kalmakla kalmaz, aynı zamanda birikerek birbirlerine yapışabilir (agregasyon) ve hücre için toksik hale gelebilir. Nitekim Alzheimer, Parkinson ve amiloidoz gibi birçok nörodejeneratif hastalığın temelinde, belirli proteinlerin yanlış katlanarak birikmesi yatmaktadır.12 Bu tür tehlikeli sonuçların önlenmesi için, hücre içinde bu süreci denetleyen, destekleyen ve hataları düzelten son derece sofistike kalite kontrol sistemleri görevlendirilmiştir.14

Moleküler Şaperonlar: Bu özel proteinler, yeni sentezlenen polipeptit zincirlerine veya strese maruz kalmış proteinlere geçici olarak bağlanır. Bu bağlanma, zincirin erken veya yanlış katlanmasını, diğer moleküllerle istenmeyen etkileşimlere girmesini ve agregasyonunu engeller.14 Şaperonlar, katlanma sürecinin doğru bir yolda ilerlemesi için bir nevi “kalıp” veya “rehber” görevi görürler. Ancak, proteinin nihai yapısını kendileri belirlemezler; sadece amino asit diziliminde zaten kodlanmış olan doğru yapıya ulaşma yolunu kolaylaştırır ve hızlandırırlar.9
Ubikuitin-Proteazom Sistemi (UPS): Katlanma sürecinde onarılamayacak düzeyde hata yapılan, hasar gören veya artık görevini tamamlamış olan proteinler, hücreden temizlenmek üzere imha edilmek için işaretlenir. Bu işlemde, “ubikuitin” adı verilen küçük bir protein, hedef proteine bir dizi enzim (E1 aktive edici, E2 konjuge edici ve E3 ligaz enzimleri) aracılığıyla zincirler halinde eklenir.18 Bu ubikuitin zinciri, proteini “proteazom” adı verilen, fıçı şeklinde, moleküler bir parçalama makinesine yönlendiren bir sinyal işlevi görür. Proteazom, işaretli proteini tanır, yapısını açar ve onu tekrar kullanılmak üzere küçük peptitlere veya amino asitlerine ayrıştırır.18 Bu sistem, hücredeki protein popülasyonunun kalitesinin ve dengesinin (proteostaz) korunmasında hayati bir rol oynar.

Anfinsen prensibi, dizilimin nihai formu belirlediği otonom bir sürece işaret ederken, şaperonlar ve UPS gibi karmaşık ve enerji (ATP) tüketen kalite kontrol sistemlerinin varlığı, bu “otonom” sürecin şansa bırakılmadığını gösterir. Bu, belirli bir sonuca yüksek bir sadakatle ulaşmak, hataları düzeltmek ve başarısızlıkları ortadan kaldırmak üzere işletilen, hem planlanmış hem de denetlenen bir sistemin varlığına işaret eder.

Proteinlerin Biyolojik Fonksiyonları: Bir Görevler Senfonisi

Proteinler, kazandıkları özgün üç boyutlu yapılar sayesinde canlılık için hayati olan sayısız görevi, moleküler düzeyde inanılmaz bir hassasiyet ve özgüllükle yerine getirirler.

Tablo 1: Proteinlerin Biyolojik Fonksiyon Sınıfları ve Örnekleri

Fonksiyon Sınıfı	Açıklama	Örnek Protein
Enzimatik	Biyokimyasal reaksiyonları hızlandırma	Pepsin, DNA Polimeraz
Taşıma	Moleküllerin hücre içine veya vücut içinde taşınması	Hemoglobin, Transferrin
Depolama	Moleküllerin ve iyonların depolanması	Ferritin, Kazein
Kasılma (Kontraktil)	Hareketin sağlanması	Aktin, Miyozin
Yapısal	Hücrelere ve dokulara destek ve şekil verilmesi	Kolajen, Keratin
Savunma	Vücudun yabancı istilacılara karşı korunması	Antikorlar (İmmünoglobulinler)
Düzenleyici (Regülasyon)	Hücresel ve fizyolojik süreçlerin koordine edilmesi	İnsülin, Büyüme Hormonu

Enzimatik Fonksiyon

Enzimler, hücredeki binlerce kimyasal reaksiyonun, yaşamın gerektirdiği hızda ve kontrollü bir şekilde gerçekleşmesini sağlayan biyolojik katalizörlerdir.6 Her enzim, “aktif bölge” adı verilen, substrat olarak bilinen belirli bir molekülü veya molekül grubunu tanıyacak ve ona bağlanacak şekilde tertip edilmiş üç boyutlu bir cebe veya yuvaya sahiptir.20 Bu bağlanma, reaksiyonun gerçekleşmesi için aşılması gereken enerji bariyerini (aktivasyon enerjisi) düşürerek, reaksiyonu normalde gerçekleşeceğinden milyonlarca, hatta milyarlarca kat daha fazla hızlandırır.19 Enzim aktivitesi, allosterik düzenleme gibi mekanizmalarla hassas bir şekilde kontrol edilir. Bu mekanizmada, düzenleyici bir molekülün enzimin aktif bölgesi dışındaki bir yere (allosterik bölge) bağlanması, enzimin üç boyutlu şeklinde bir değişikliğe yol açar ve bu da aktif bölgenin substrata olan ilgisini artırır (aktivasyon) veya azaltır (inhibisyon).19 Bu, metabolik yolların hücrenin anlık ihtiyaçlarına göre ayarlanmasını sağlar.

Taşıma ve Depolama Fonksiyonu

Hemoglobin: Kırmızı kan hücrelerinde bulunan hemoglobin, akciğerlerden aldığı oksijeni vücut dokularına taşıyan hayati bir proteindir.22 Dört polipeptit alt biriminden oluşur ve her birimi, merkezinde bir demir (Fe2+) atomu içeren “hem” grubu aracılığıyla bir oksijen molekülü bağlayabilir.24 Hemoglobinin oksijen taşıma verimliliği, “kooperatif bağlanma” ve “allosterik regülasyon” adı verilen mekanizmalarla hassas bir şekilde ayarlanmıştır. Akciğerlerde yüksek olan oksijen basıncı, ilk oksijen molekülünün bir alt birime bağlanmasını tetikler. Bu bağlanma, proteinin genel şeklinde bir değişikliğe yol açarak diğer üç alt birimin oksijene olan ilgisini (afinitesini) artırır ve oksijenin hızla yüklenmesini sağlar. Metabolik olarak aktif dokularda ise, karbondioksit üretimi sonucu ortamın asitliğinin artması (pH’ın düşmesi - Bohr etkisi) ve 2,3-bifosfogliserat (BPG) molekülünün varlığı, hemoglobinin şeklinde tekrar bir değişikliğe neden olur. Bu değişiklik, oksijene olan ilgiyi azaltır ve oksijenin tam da ihtiyaç duyulan dokulara verimli bir şekilde bırakılmasını temin eder.22
Ferritin: Ferritin, demir iyonlarını hücre içinde güvenli, çözünür ve toksik olmayan bir formda depolayan küresel bir proteindir. Bir ferritin molekülü, içi boş bir küre şeklinde tertip edilmiş 24 alt birimden oluşur ve bu kürenin içinde 4500’e kadar demir atomunu barındırabilir.26 Bu depolama mekanizması, serbest demirin hücre içinde reaktif oksijen türleri üreterek yol açabileceği hasarı (oksidatif stresi) engellerken, hemoglobin gibi demir gerektiren moleküllerin sentezi için gerektiğinde demirin kontrollü bir şekilde salınmasını sağlar.28

Yapısal Fonksiyon

Kolajen, insan vücudunda en bol bulunan proteindir ve bağ dokusunun, cildin, kemiklerin, tendonların ve kıkırdağın temel yapısal bileşenidir.29 Temel yapısal birimi, üç polipeptit zincirinin birbirine sıkıca sarılmasıyla oluşan üçlü sarmal bir yapıdır (tropokolajen). Bu yapı, kolajene çelikten daha güçlü olabilen olağanüstü bir gerilme direnci kazandırır.30 Vücutta, bulundukları dokuya özel mekanik özellikler (esneklik, dayanıklılık, sertlik) kazandıracak şekilde özelleşmiş en az 28 farklı kolajen tipi tanımlanmıştır.30 Örneğin, Tip I kolajen kemik ve tendonlara sağlamlık verirken, Tip II kolajen kıkırdağa esneklik kazandırır.

Kasılma (Kontraktil) Fonksiyonu

İstemli hareket, “aktin” (ince filament) ve “miyozin” (kalın filament) adı verilen iki temel proteinin, “kayan filamentler modeli” olarak bilinen bir mekanizma ile birbiri üzerinde kaymasıyla gerçekleşir.33 Miyozin molekülleri, ATP’nin hidrolizinden elde edilen kimyasal enerjiyi mekanik harekete dönüştüren moleküler motorlar gibi işlev görür. Miyozin başları, aktin filamentlerine bağlanır, onları sarkomerin merkezine doğru çeker (“güç vuruşu”) ve sonra serbest kalır.33 Bu döngüsel hareket, sinir uyarısıyla sarkoplazmik retikulumdan salınan kalsiyum iyonlarının (Ca2+) varlığıyla tetiklenir. Kalsiyum, aktin filamentleri üzerindeki düzenleyici proteinler olan troponin ve tropomiyozin kompleksini etkileyerek, miyozinin bağlanması için normalde kapalı olan bölgelerin açığa çıkmasını sağlar.35 Bu hassas ve koordineli süreç, sarkomerlerin ve dolayısıyla tüm kas lifinin organize bir şekilde kısalmasıyla sonuçlanır.

Savunma Fonksiyonu

Antikorlar (veya immünoglobulinler), bağışıklık sisteminin B-lenfositleri tarafından üretilen Y-şekilli glikoproteinlerdir.37 Görevleri, bakteri, virüs veya toksin gibi vücuda yabancı istilacıların yüzeyindeki “antijen” adı verilen özgül moleküler yapıları tanımak ve onlara yüksek bir özgüllükle bağlanmaktır. Bir antikor molekülü, iki ağır (H) ve iki hafif (L) polipeptit zincirinden oluşur. Bu zincirlerin Y-kollarının uçlarında bulunan “değişken (V) bölgeler”, milyonlarca farklı antijeni ayırt edebilecek muazzam bir amino asit dizilimi çeşitliliğine sahiptir.37 Bu bağlanma, istilacıları ya doğrudan etkisiz hale getirir (nötralizasyon) ya da bağışıklık sisteminin diğer unsurları (fagositler, kompleman sistemi) tarafından tanınıp yok edilmeleri için işaretler.39

Düzenleyici (Regülasyon) Fonksiyonu

Proteinler, hücreler arası ve hücre içi iletişimi sağlayarak biyolojik süreçleri hassas bir şekilde koordine ederler. İnsülin gibi protein yapılı hormonlar, endokrin bezlerden salgılanarak kan dolaşımı yoluyla uzak hedef hücrelere sinyaller taşır.41 Hedef hücrelerin zarında bulunan reseptör proteinleri, bu hormonları özgül olarak tanır ve onlara bağlanır. Bu bağlanma, reseptörün hücre içi kısmının şeklinde bir değişikliğe yol açarak sinyali hücre içine iletir. Bu ilk sinyal, genellikle “ikincil haberciler” (cAMP,

Ca2+ gibi) aracılığıyla bir dizi hücre içi sinyal proteinini (kinazlar, fosfatazlar) bir kaskad halinde ardışık olarak aktive eder. Bu sinyal iletim yolağı, nihayetinde hücrenin metabolizmasında, gen ifadesinde veya davranışında belirli bir değişikliğe yol açar.42

Güncel Araştırmalardan Perspektifler

Yapısal Olmayan (Intrinsically Disordered) Proteinler (IDP’ler)

Klasik “yapı-işlev” paradigmasına göre, bir proteinin işlev görebilmesi için sabit ve belirli bir üç boyutlu yapıya sahip olması gerektiği düşünülmekteydi. Ancak son yirmi yılda yapılan araştırmalar, bu paradigmanın evrensel olmadığını göstermiştir. Ökaryotik proteinlerin önemli bir kısmının (yaklaşık %33) tamamının veya belirli bölgelerinin (IDR’ler - Intrinsically Disordered Regions), kararlı bir üç boyutlu yapıya sahip olmadan da hayati fonksiyonlar icra ettiği ortaya konulmuştur.45 Bu proteinler, tek bir yapı yerine, birbiri arasında hızla geçiş yapan bir konformasyon topluluğu (ensemble) halinde bulunurlar. Bu yapısal esneklik, onlara bir “kusur” değil, aksine önemli bir işlevsel avantaj sağlar. IDP’ler, esnek yapıları sayesinde birden fazla farklı moleküle bağlanabilir ve özellikle sinyal iletimi ve gen düzenlenmesi gibi karmaşık hücresel süreçlerde “merkez” (hub) proteinler olarak görev yaparlar.11 Bu bulgular, protein işlevselliğinin sadece statik bir yapıya değil, aynı zamanda amino asit dizilimi tarafından kodlanmış, kontrollü bir dinamik esnekliğe de bağlı olabileceğini göstermektedir.

Yapısal Biyolojide Krio-Elektron Mikroskopisi (Cryo-EM) Devrimi

Daha önce yapılarını belirlemenin neredeyse imkansız olduğu büyük ve karmaşık protein makinelerinin (ribozomlar, proteazomlar, virüsler gibi) atomik veya atomiğe yakın çözünürlükte görüntülenmesi, krio-elektron mikroskopisi (cryo-EM) tekniğindeki devrim niteliğindeki gelişmelerle mümkün hale gelmiştir.48 Bu teknik, proteinleri veya komplekslerini kristalize etme zorunluluğunu ortadan kaldırarak, onları doğal hallerine çok yakın, vitrifiye edilmiş (camsı) donmuş-sulu bir ortamda inceleme imkanı sunar.50 Gelişmiş dedektörler ve görüntü işleme algoritmaları sayesinde, on binlerce tekil molekül görüntüsü birleştirilerek yüksek çözünürlüklü üç boyutlu yapılar elde edilebilmektedir. Daha da önemlisi, cryo-EM, bir proteinin farklı anlardaki yapısal durumlarını (konformasyonlarını) yakalayarak, işleyiş mekanizmaları hakkında statik değil, dinamik bilgiler de sağlamaktadır.50 Bu durum, işlevin sadece sabit bir şekilden değil, kontrollü dinamik geçişlerden kaynaklandığı anlayışını pekiştirmektedir. Böylece, işlev için gerekli olan “nizam” kavramının, tek bir katı yapıdan ziyade, kontrollü bir durumlar topluluğunu ve programlanmış esnekliği de içeren daha yüksek bir karmaşıklık düzeyinde anlaşılması gerekliliği ortaya çıkmıştır.

Kavramsal Analiz

Nizam, Gaye ve Sanat Analizi

Dizilimdeki Hassas Ayar

Bir proteinin işlevsel olabilmesi, yüzlerce veya binlerce amino asidin tek bir doğru sırada dizilmesine bağlıdır. Anfinsen prensibine göre bu özgül dizilim, termodinamik yasalar çerçevesinde, proteinin katlanarak belirli bir üç boyutlu ve işlevsel yapıyı netice vermesini temin eder.9 Tek bir amino asidin yanlış bir yere konulması (mutasyon), bu katlanma sürecini bozarak proteinin işlevsiz kalmasına ve orak hücre anemisi gibi ciddi hastalıklara yol açabilir. Bu durum, amino asit diziliminin rastgele bir zincir olmayıp, belirli bir sonuca (işlevsel yapıya) ulaşmak için hassas bir şekilde ayarlanmış bir bilgi dizisi olduğunu düşündürmektedir.

Yapıdaki Amaca Yönelik Tertip

Proteinlerin işlevleri, yapılarındaki ince tertibat ile doğrudan ilişkilidir. Bu tertibat, belirli bir amaca hizmet edecek şekilde kurulmuş bir mekanizmayı andırır.

Enzimler: Bir enzimin aktif bölgesi, sadece belirli bir substratı tanıyacak ve sadece belirli bir kimyasal bağı etkileyecek şekilde, hem geometrik hem de kimyasal olarak mükemmel bir uyumla tertip edilmiştir.20 Bu olağanüstü özgüllük, binlerce farklı reaksiyonun gerçekleştiği hücre içinde kaosun önlenmesini ve metabolik yolların mutlak bir kontrol ve verimlilikle yürütülmesini sağlar.
Hemoglobin: Hemoglobinin oksijen taşıma mekanizması, bariz bir amaca yönelikliğe işaret eder. Akciğerlerde oksijeni yüksek bir ilgiyle bağlayıp, metabolik olarak aktif dokularda (düşük pH, yüksek CO2) bu ilgisini azaltarak oksijeni tam da ihtiyaç duyulan yere bırakması, moleküler düzeyde kurulmuş akıllı bir lojistik sistemini andırmaktadır.24 Bu allosterik düzenleme, basit bir bağlanma-ayrılma olayından çok daha fazlasıdır; çevresel koşullara duyarlı, dinamik ve verimli bir dağıtım mekanizmasıdır. Böylesine hassas bir dengenin kurulmuş olması dikkat çekicidir.

İşleyişteki Sanatlı Koordinasyon

Proteinler tek başlarına değil, genellikle diğer proteinlerle ve moleküllerle etkileşim halinde, bir senfoni uyumu içinde çalışırlar. Kas kasılmasında aktin, miyozin, troponin, tropomiyozin gibi düzenleyici proteinlerin, ATP’den gelen enerjinin ve kalsiyum iyonlarının sinyalinin belirli bir sıra ve zamanlama ile etkileşime girmesi 33, ya da bir sinyal iletim yolunda onlarca farklı proteinin bir kaskad halinde birbirini aktive etmesi 41, tekil parçaların ötesinde, bütüncül bir sistemin varlığını gösterir. Bu karmaşık ve koordineli işleyiş, sistemin belirli bir bütünsel işlevi yerine getirmek üzere tertip edildiği izlenimini uyandırmaktadır.

İndirgemeci Dilin Eleştirisi: Fail ve Kanun

Failin Mefule Atfedilmesi

Bilimsel literatürde ve popüler anlatımlarda sıkça kullanılan “amino asit dizilimi proteinin yapısını belirler” 9 veya “şaperonlar proteinin katlanmasına yardım eder” 14 gibi ifadeler, olguları açıklamak için kullanılan dilsel birer kısayoldur. Ancak bu ifadeler, cansız moleküllere veya süreçlere aktif bir irade veya fiil atfetme eğilimi taşır. Belirtilen felsefi çerçeveden bakıldığında, amino asit dizilimi bir “belirleyici” (fail) değil, kendisi de genetik bilgiye göre “belirlenmiş” bir yapıdır (meful). Şaperonlar “yardım etmeyi seçmezler”, kendilerine yüklenmiş bir görev tanımı çerçevesinde işleyen moleküler makinelerdir. Bu dil, olayın “nasıl” olduğunu betimlerken, nihai “neden” ve “fail” sorusunu örtük bir şekilde göz ardı eder ve nedenselliği sürecin kendisine atfeder.

Kanunların Fail Olarak Gösterilmesi

“Termodinamik yasaları, proteinin en düşük enerji seviyesine ulaşmasını sağladı” ifadesi, bir başka yaygın indirgemeci yaklaşımdır. Fiziksel yasalar, evrendeki işleyişin bir tanımıdır; birer fail veya icra edici güç değildirler. Yasalar, süreçlerin nasıl bir düzenlilik içinde gerçekleştiğini formüle eder, ancak o süreçleri başlatan veya yürüten iradenin kendisi değildir. Bir protein, termodinamik yasalarına uygun olarak katlanır; yasalar onu katlamaz. Bu dil kullanımı, bir işleyişin tarifini, o işleyişin faili ile karıştırma yanılgısına dayanır ve kanunları, işleyişin tanımı olmak yerine faili olarak konumlandırır.

Hammadde ve Sanat Ayrımı Analizi

Hammadde

Proteinlerin temel hammaddesi, karbon, hidrojen, oksijen, azot gibi cansız atomlardan oluşan 20 çeşit amino asittir.1 Bu amino asitlerin tek başlarına enzimatik aktivite, oksijen taşıma kapasitesi, yapısal destek sağlama veya kasılma yeteneği gibi özelliklere sahip değildir. Onlar, potansiyel barındıran ama kendi başlarına işlevsiz olan temel yapı taşlarıdır.

Sanat Eseri

Bu basit ve tekil fonksiyonları olmayan hammaddelerin, genetik bir plana göre belirli bir sırada ve sayıda bir araya getirilmesiyle, onlarda daha önce bulunmayan yepyeni ve hayret verici özelliklere sahip “sanat eserleri” ortaya çıkar:

Örnek 1 (Enzim): Birkaç yüz cansız amino asidin belirli bir dizilimle bir araya getirilmesiyle, belirli bir kimyasal reaksiyonu milyonlarca kat hızlandırabilen bir katalitik makine (enzim) inşa edilir.19 Kataliz yeteneği, tek tek amino asitlerde değil, onların üç boyutlu tertibinde ortaya çıkan kolektif, yeni bir özelliktir.
Örnek 2 (Hemoglobin): Amino asit zincirlerinin bir araya getirilmesiyle, oksijen basıncına ve pH’a göre şekil değiştirerek oksijen taşıyan ve bırakan, çevre koşullarına duyarlı bir taşıyıcı (hemoglobin) meydana gelir.24 Bu “akıllı” davranış, hammaddede mevcut değildir.

Analiz

Bu durum, temel bir soruyu gündeme getirir: Hammaddede (amino asitler) bulunmayan işlevsellik, plan ve sanat, esere (protein) nereden gelmektedir? Cansız yapı taşları, kendilerinde olmayan bir planı takip ederek, nasıl olur da belirli bir amaca hizmet eden, son derece karmaşık ve işlevsel bir bütünü oluşturacak şekilde tertip edilmiştir? Bu analiz, basit bileşenler ile onlardan inşa edilen karmaşık sistem arasındaki niteliksel sıçramanın, sadece materyal ve yasalara atıfla açıklanamayacak bir “bilgi” ve “tertip” boyutuna işaret ettiğini öne sürer. Hammadde ile sanat eseri arasındaki bu derin fark, üzerinde düşünülmeye değer bir hakikattir.

Sonuç

Rapor boyunca sunulan bilimsel veriler, proteinlerin basit molekül yığınları olmadığını göstermektedir. Onlar, amino asit diziliminde kodlanmış bir bilgiyle başlayan, hassas bir katlanma süreciyle üç boyutlu yapı kazanan ve canlılığın devamı için vazgeçilmez olan sayısız görevi inanılmaz bir hassasiyet ve verimlilikle yerine getiren moleküler makinelerdir. Enzimatik katalizden yapısal desteğe, moleküler taşımacılıktan bağışıklık savunmasına kadar her işlev, belirli bir amaca yönelik olarak tertip edilmiş bir yapı ve mekanizma ile icra edilir.

En basit bakteriden insana kadar tüm canlılarda, bu moleküler makinelerin varlığı ve koordineli işleyişi, hayatın temelinde yatan karmaşık ve sanatlı bir nizamın varlığına işaret eder. Bu nizamın kökeni, yani cansız atomlardan oluşan bir hammaddeden, canlılığın en temel işlevlerini yerine getiren bu sanatlı yapıların nasıl ortaya çıktığı sorusu, bilimsel verilerin aydınlattığı yolun sonunda, her bir akıl ve vicdan sahibinin kendi tefekkürüne bırakılmıştır.

Kaynakça

Anfinsen, C. B. (1973). Principles that govern the folding of protein chains. Science, 181(4096), 223–230.

Callaway, E. (2020). Revolutionary cryo-EM is taking over structural biology. Nature, 578(7794), 201.

Chiti, F., & Dobson, C. M. (2006). Protein misfolding, functional amyloid, and human disease. Annual Review of Biochemistry, 75, 333–366.

Claessen, J. H., Fischle, W., Tsimbouri, P., Kalgudi, S., Walker, D., Gstaiger, M.,… & Ploegh, H. L. (2010). A novel role for the ER-associated degradation machinery in the disposal of tail-anchored proteins. Molecular and Cellular Biology, 30(24), 5739-5750.

Hartl, F. U., Bracher, A., & Hayer-Hartl, M. (2011). Molecular chaperones in protein folding and proteostasis. Nature, 475(7356), 324–332.

Jumper, J., Evans, R., Pritzel, A., Green, T., Figurnov, M., Ronneberger, O.,… & Hassabis, D. (2021). Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold. Nature, 596(7873), 583-589.

Powers, E. T., Morimoto, R. I., Dillin, A., Kelly, J. W., & Balch, W. E. (2009). Biological and chemical approaches to diseases of proteostasis deficiency. Annual Review of Biochemistry, 78, 959–991.

Radivojac, P., Clark, W. T., Oron, T. R., Schnoes, A. M., Wittkop, T., Sokolov, A.,… & Friedberg, I. (2013). A large-scale evaluation of computational protein function prediction. Nature Methods, 10(3), 221-227.

Willmund, F., del Alamo, M., Stöcker, S., Frescas, D., Nedialkova, D. D., Kast, J.,… & Hartl, F. U. (2013). The cotranslational function of ribosome-associated Hsp70 in protein folding. Cell, 152(1-2), 196-209.

You, R., Zhang, Z., Xiong, Y., Sun, F., Mamitsuka, H., & Zhu, S. (2018). GOLabeler: improving sequence-based protein function prediction by learning to rank. Bioinformatics, 34(14), 2465-2473.

Zaru, R., Magrane, M., O’Donovan, C., & Orchard, S. (2022). The Enzyme Portal: a gateway to enzyme information. Nucleic Acids Research, 50(D1), D650-D655.

Zhou, N., Jiang, Y., Bergquist, T. R., Lee, A. J., Kacsoh, B. Z., Crocker, A. W.,… & Radivojac, P. (2019). The CAFA challenge reports improved protein function prediction and new functional annotations for hundreds of genes through experimental screens. Genome Biology, 20(1), 1-23.

Alıntılanan çalışmalar

Proteinler, yapı taşları, özellikleri ve görevleri PROTEİNLER Proteinlerde de karbonhidratlarda olduğu gibi karbon, hidro, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://avys.omu.edu.tr/storage/app/public/kamilis/135913/2.%20Hafta_Proteinler.pdf
3) PROTEİNLER | Biyolojici, erişim tarihi Eylül 23, 2025, http://biyolojici.net/wp-content/uploads/2020/08/Canl%C4%B1lar%C4%B1n-Temel-Bile%C5%9Fenleri-Organik-Bile%C5%9Fikler-3-Proteinler.pdf
GIDA TEKNOLOJİSİ PROTEİNLER - Siirt Üniversitesi, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.siirt.edu.tr/dosya/personel/7-donem-besin-dersi-yardimci-kaynak-7-proteinler-siirt-2020217121121941.pdf
Proteinler - OGM Materyal, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://ogmmateryal.eba.gov.tr/panel/upload/fasikul/5gnqj0winsx.pdf
Protein yapısı - Vikipedi, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://tr.wikipedia.org/wiki/Protein_yap%C4%B1s%C4%B1
What are proteins and what do they do?: MedlinePlus Genetics, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://medlineplus.gov/genetics/understanding/howgeneswork/protein/
pubmed.ncbi.nlm.nih.gov, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33500517/#:~:text=The%20thermodynamic%20hypothesis%20of%20protein,by%20the%20amino%20acid%20sequence.
Linking Protein Folding to Amyloid Formation - European Parliament - EP Library Catalogue, erişim tarihi Eylül 23, 2025, http://europarl.primo.exlibrisgroup.com/discovery/fulldisplay?docid=cdi_proquest_journals_2605330264&context=PC&vid=32EPA_INST:32EPA_V1&lang=en&search_scope=MyInst_and_CI&adaptor=Primo%20Central&tab=Everything&query=sub%2Cexact%2CAmino%20Acid%20Sequence%20%2CAND&mode=advanced&offset=40
Anfinsen’s dogma - Wikipedia, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/Anfinsen%27s_dogma
Thermodynamic hypothesis, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.eoht.info/page/Thermodynamic%20hypothesis
Roles, Characteristics, and Analysis of Intrinsically Disordered Proteins: A Minireview - MDPI, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.mdpi.com/2075-1729/10/12/320
Protein Katlanma Mekanizmaları ve Yanlış Katlanma Sonucu Oluşan Hastalıklar - Bioinforange, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.bioinforange.com/bioinforeviews/hastaliklar/norodejeneratif/protein-katlanma-mekanizmalari-ve-yanlis-katlanma-sonucu-olusan-hastaliklar/
Protein katlanmasının sırlarını çözüyoruz! - Longevilab, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.longevilab.com/protein-katlanmasinin-sirlarini-cozuyoruz
The Ribosome as a Hub for Protein Quality Control - PMC, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3593112/
Membrane protein folding and quality control - PMC - PubMed Central, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8422161/
Protein Folding and Quality Control in the Endoplasmic Reticulum: Recent Lessons from Yeast and Mammalian Cell Systems - PMC, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3154734/
Quality control of protein folding in extracellular space - PMC, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC1369217/
The Ubiquitin–Proteasome System in Immune Cells - MDPI, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.mdpi.com/2218-273X/11/1/60
Protein Function - Molecular Biology of the Cell - NCBI Bookshelf, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26911/
Enzim Nedir? Enzimlerin Çalışmasına Etki Eden Faktörler ve Kullanım Alanları Nelerdir?, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://evrimagaci.org/enzim-nedir-enzimlerin-calismasina-etki-eden-faktorler-ve-kullanim-alanlari-nelerdir-11254
ENZİMLER 3. Hafta Ders Konuları 1) Enzim Katalizinin …, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://acikders.ankara.edu.tr/mod/resource/view.php?id=50137
SOLUNUM SİSTEMİ, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://avys.omu.edu.tr/storage/app/public/mcenesiz/72786/SOLUNUM%20S%C4%B0STEM%C4%B0%20DERS%20NOTU.doc
Hemoglobin: Vücudumuzun Oksijen Taşıma Kahramanı, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.acikemar.info/hemoglobin-vucudumuzun-oksijen-tasima-kahramani/
Oxygen Transport - Regulation of Tissue Oxygenation - NCBI …, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK54103/
Hemoglobin - Vikipedi, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://tr.wikipedia.org/wiki/Hemoglobin
Ferritin Nedir? Ferritin Düşüklüğü ve Yüksekliği Neden Olur? - Acıbadem, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.acibadem.com.tr/ilgi-alani/ferritin-nedir/
Ferritin Nedir? Ferritin Düşüklüğü ve Yüksekliği Ne Anlama Gelir? - Memorial, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.memorial.com.tr/saglik-rehberi/ferritin-nedir-ferritin-eksikligi-nelere-sebep-olur
Demir metabolizmasında yenilikler - Güncel Gastroenteroloji Dergisi, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://guncel.tgv.org.tr/journal/58/pdf/100344.pdf
Kolajen Nedir? Kolajen Ne İşe Yarar? - Acıbadem, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.acibadem.com.tr/ilgi-alani/kolajen-nedir/
Kolajen hakkında merak ettiklerimiz - Pharmetic Girişimci Eczacılar Derneği, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.pharmetic.org/kolajen-hakkinda-merak-ettiklerimiz
Kolajen Nedir, Faydaları Nelerdir? Kolajen Ne İşe Yarar? - Liv Hospital, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.livhospital.com/kolajen-nedir
Kolajen Nedir? Faydaları, Türleri ve Doğal Kaynaklarıyla Detaylı Rehber, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://hisarhospital.com/kolajen-nedir/
KAS DOKUSU - Ankara Üniversitesi Açık Ders Malzemeleri, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://acikders.ankara.edu.tr/pluginfile.php/42545/mod_resource/content/0/Ac%CC%A7%C4%B1k%20Ders-KAS%20DOKUSU.pdf
3.3. uyarIlabİlİr DOKULAR(devamI) İSKELET KASLARINDA KASILMA MEKANİZMASI - Ankara Üniversitesi Açık Ders Malzemeleri, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://acikders.ankara.edu.tr/mod/resource/view.php?id=38809
Kas kasılması - Vikipedi, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://tr.wikipedia.org/wiki/Kas_kas%C4%B1lmas%C4%B1
PowerPoint Sunusu, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://avys.omu.edu.tr/storage/app/public/eakman/139117/7.%20HAFTA.ppt
Slayt 1, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://acikders.ankara.edu.tr/mod/resource/view.php?id=50695
Antikor Nedir? Antikor Ne İşe Yarar? - Memorial, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.memorial.com.tr/saglik-rehberi/antikor-nedir
Antikor Nedir? Antikor Testi Nasıl Yapılır? | Anadolu Sağlık Merkezi Hastanesi, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.anadolusaglik.org/saglik-rehberi/antikor-nedir-antikor-testi-nasil-yapilir
Antijen ve Antijen işlenmesi, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://avys.omu.edu.tr/storage/app/public/oktay.genc/118246/Antijen%20ve%20Ag%20i%C5%9Flenmesi.pdf
hücrelerde sinyal iletimi, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://eczacilik.marmara.edu.tr/dosya/ecz/ders%20notlar%C4%B1/T%C4%B1bbi%20Biyoloji%20%20%282020%29-VI.pdf?_t=1602084159
Video: Sinyal İletimi: Genel Bakış - JoVE, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.jove.com/tr/science-education/v/14423/signal-transduction-overview
HÜCRE SİNYALİZASYONU, HORMONLAR VE BESLENME - Etkin Eczacılık Derneği, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.etkineczacilik.org/post/h%C3%BCcre-s%C4%B1nyal%C4%B1zasyonu-hormonlar-ve-beslenme
Hematolojik Malignitelerde Sinyal İleti Sistemleri, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.thd.org.tr/thdData/userfiles/file/guraysaydam.pdf
Intrinsically Disordered Proteins: An Overview - PMC, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9693201/
A reflection on intrinsically disordered proteins - ResearchGate, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.researchgate.net/post/A_reflection_on_intrinsically_disordered_proteins1
Functions of Intrinsically Disordered Regions - PMC - PubMed Central, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12292460/
The development of cryo-EM into a mainstream structural biology technique - ResearchGate, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.researchgate.net/publication/288932540_The_development_of_cryo-EM_into_a_mainstream_structural_biology_technique
The development of cryo-EM into a mainstream structural biology …, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4913480/
How Cryo-EM is Revolutionizing Structural Biology - JEOL USA blog, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.jeolusa.com/NEWS-EVENTS/Blog/how-cryo-em-is-revolutionizing-structural-biology
Bridging structural and cell biology with cryo-EM - PMC - PubMed Central, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11211576/
Expanding the Cryogenic Electron Microscopy from Biology to Materials Science | Renewables - Chinese Chemical Society, erişim tarihi Eylül 23, 2025, https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/renewables.024.202300046