Moleküler Biyoloji BİO 205

Canlılar Nasıl Oluştu?

Canlılığın oluşumu ile ilgili tarih boyunca bir çok görüş ortaya atılmıştır Bunlardan en bilinen ve yaygın olarak taraftar toplamış olan ABİYOGENEZ BİYOGENEZ

Aristo, canlıların madde parçacıkları içinde bir aktif öze sahip olduğunu ve her canlının bu aktif özden geliştiğini savunmuştur. Bu madde parçacıkları kendi içinde bir şey yapma yeteneğine sahipti. Döllenmiş yumurta gibi. Her bir öz, içinde ayrı organizasyon yapma yeteneğini barındırıyordu. Örneğin tavuk yumurtasındaki öz, ona civciv oluşturma; balık yumurtası, balık oluşturma yeteneği veriyordu.

Abiyogenez olarak adlandırılan kendiliğinden oluşa göre: Canlılar bir özden yada kendiliğinden oluşur. Bu görüşü destekleyenler için örnek gösterilen kanıtlardan biri Cnidos yakınındaki bir gölde olan olaylardır. Susuzluk döneminde göl kuruyup yağmurlarla tekrar oluştuğunda bile balıkların gölde olması, balıkların kendiliğinden çamur ve kumdan oluştuğu fikrini vermiştir. Abiyogenez inanışı, Aristo’dan sonra da diğer bilim adamları tarafından da desteklendi.

17. Y.Yılda Belçika’lı Dr. Van Helmont buğday taneleri ile bir arada bulunan kirli bir gömlekten, farelerin oluşturulmasına dair bir reçete bile hazırladı. Burada aktif öz insan terinde bulunuyordu ve bu nedenle kirli bir gömleğe ihtiyaç vardı. Eğer kontrollü bir deney düzenleseydi gömleği bir kutuya koyacaktı ve farenin dışarıdan geldiğini görecekti.

17. Y.Yılda Francesco Redi isimli bir biyolog bu teoriden şüphelenerek hayat anlayışında bir çığır açtı. Redi, 1626-1697 yılları arasında İtalya’nın Floransa kentinde yaşamış bir doktordu. Bu dönemde doktorların büyük çoğunluğu aynı zamanda biyologdu ve canlılığın meydana gelişi ile ilgileniyordu.

“ Deney bilgiyi artırır, her şeye çabuk inanmak insanı yanıltır. ” Etler üzerinde kurtların kendiliğinden oluştuğu şeklindeki genel inancı biliyordu. Ancak bu düşünce ona bilimsel gelmedi ve bunu araştırmaya karar verdi. Onun gerçeğe varmak için düşüncesini, kitabının başına koyduğu şu arab atasözü ile açıklamak mümkündür: “ Deney bilgiyi artırır, her şeye çabuk inanmak insanı yanıltır. ”

Redi, açıktaki etlerin üzerinde görülen kurtların kendiliğinden oluşmadığını, bunların sineklerin gelişme evrelerinden biri olduğu hipotezini ileri sürdü.

Bu hipotezden hareket eden Redi, şu varsayıma ulaştı Bu hipotezden hareket eden Redi, şu varsayıma ulaştı. Eğer ergin sinekler etten uzak tutulursa, ette kurtların oluşmaması gerekir. Bunu kanıtlamak için şu deneyi yaptı. Geniş ağızlı 4 cam kavanoz alıp 1. ye ölü yılan 2. ye balık 3. ye birkaç ölü yılan balığı 4. ye dana eti koyup ağızlarını açık bıraktı.

İkinci grup için yine 4 kavanoz ve aynı etleri bıraktı fakat farklı olarak bunların ağızlarını sıkıca kapattı.

Kısa zamanda açık kavanozlardaki etler kurtlandığı halde kapalı kavanozlarda kurtlanma görülmedi. Böylece Redi, et üzerindeki kurtların sineklerin et üzerine bıraktığı yumurtalardan çıktıklarını kanıtladı.

Bu deneyin sonunda Redi gözlemlerini şöyle açıkladı. Yeryüzündeki bütün canlılar ilk bitki ve hayvanlardan üreyerek oluşmuşlardır. Böylece Redi’nin ileri sürdüğü canlılar canlılardan meydana gelir hipotezi BİYOGENEZ, diğer bilim adamlarınca da benimsendi.

Abiyogenez: Canlılar bir özden yada kendiliğinden oluşur (Aristo). Biyogenez: Canlılar canlılardan meydana gelir (Redi).

HAYATIN BAŞLANGICI İLE İLGİLİ İKİ HİPOTEZ

1. OTOTROF HİPOTEZİ

Besin yapma yeteneğinde bir organizmaya OTOTROF denir Besin yapma yeteneğinde bir organizmaya OTOTROF denir. Ototrof canlıların büyük kısmı, besin sentezi yapabilmek için güneş ışığını kullanır. Diğerleri kimyasal reaksiyonların enerjisinden yararlanır.

Ototrof hipotezine göre ilk canlı besin yapıcı tipte idi Ototrof hipotezine göre ilk canlı besin yapıcı tipte idi. Yani ototroftu. Eğer ilk canlının besin yapma yeteneğinde olduğunu kabul edersek, kompleks sentezleme sisteminin hemen oluştuğunu varsaymalıyız. Yani ilk ototrofların baştan beri gelişmiş kompleks organizmalar olmaları gerekirdi. Fakat evrim teorisini dikkate alırsak kompleks organizmaların uzun sürede birçok ufak değişiklerin birikimi sonucu oluştuğu görülür.

O halde, hayatın besin yapamayan basit bir organizma ile başlamış olması daha akla yatkındır.

2. HETEROTROF HİPOTEZİ

Besinini kendi yapamayan organizma Heterotrof’tur. Ancak birkaç bileşiğin sentezini yapabilir. Fakat bunun için bir dış kaynağa gereksinimi vardır. İnsanlar ve diğer bütün hayvanlar heterotroftur. Bakterilerin çoğu, küfler ve mantarlarda heterotroftur.

Hetorotrof hipotezine göre çok basit bir organizmanın, cansız maddenin uzun süren evrimi sonucunda oluştuğunu ve bu olayın milyarlarca yıl önce özel çevre koşullarında geliştiğini varsayar. Heterotrof hipotezi cansız doğada bir evrim olabileceği fikrini esas almıştır. Bu düşünceye göre; atomdan başlayıp önce basit moleküllere, oradan kompleks moleküllere ve sonunda canlı organizmalara doğru evrimsel bir gidiş vardır.

İLK ATMOSFER YANİ İLKEL ATMOSFER NASILDI

İlk atmosferin orijini hakkında iki hipotez vardır. Birinci hipoteze göre ilkel atmosferin gazları soğuma sırasında en hafif atomların birbiri ile reaksiyona girmeleri sonunda oluştu. İkinci hipoteze göre ilk atmosferin gazları volkanik püskürmeler sırasında salındılar. Her iki hipotezde ilk atmosferde serbest Oksijen olmadığını destekliyor. İlk atmosfer NH3, CH4, H2, H2O buharı gibi gazlardan oluşur.

Organik moleküller, ilk atmosferin gazlarının volkanik sıcaklık, güneş ışığı, elektrik şarjlarının etkisi ile birbiriyle reaksiyona girmeleri sonucu oluştular. Bu varsayım 1953 yılında Amerikan bilim adamı Stanley MILLER ve öğrencisi Harold UREY tarafından deneysel olarak kanıtlandı.

Oluşturdukları düzenekte birkaç gün sonra toplanan sıvını renginin değiştiğini gördüler. Bu sıvının analizi sonucunda birkaç aminoasitin ve hidroksiasitlerin varlığını gördüler ki bunlar canlı yapısında görülen moleküllerdi.

1961 yılında , Juan Oro aminoasitlerin HCN den oluşabileceğini gördü. Ayrıca olağanüstü miktarlarda Adenin saptadı, Bu DNA, RNA ve ATP nin yapısında bulunan bir moleküldü.

KİMYASAL BAĞLAR

İki yada daha fazla atomu bir arada tutan çekim kuvvetine KİMYASAL BAĞ denir. İki atom, bir molekül oluşturmak üzere yan yana geldiğinde elektronlar, her iki atomun çekirdek ve elektronları etkisi altına girer. Bu karşılıklı etkileşimler sonucunda atomlar yeni bir düzenleme ile kararlı bir yapıya ulaşırlar. Elektronların yeniden düzenlenmesi sırasında kimyasal bağlar meydana gelir.

Kimyasal Bağları dört grupta inceleyebiliriz 1- H bağları 2- İyonik bağlar Zayıf Kimyasal bağlar 3- Van der Waals bağları 4- Kovalent bağlar

Atom: maddenin kendi başına var olabilen görünmez en küçük parçası Atom: maddenin kendi başına var olabilen görünmez en küçük parçası. Elementler tek tip atomdan oluşur. Molekül: Kimyasal bağ ile bir arada tutulan iki veya daha fazla atomdan oluşan ünite. Aynı veya farklı atomlardan oluşarak bileşikleri meydana getirir. Örn. Su, 2 H ve 1 O atomundan; H2O Oksijen molekülü, 2 O atomundan; O2 oluşur.

Atomik yapı 3 elemandan oluşur: 1-Proton: Atom çekirdeğinde bulunan (+) yüklü partiküllerdir. Çekirdeğin (+) yükü bu partiküllerden kaynaklanır. 2-Nötron: Atom çekirdeğinde bulunan yüksüz partiküllerdir. Protondan çok az ağırdır. Sayısı proton sayısına eşittir. Nötron sayılarının değişmesi izotopların oluşmasına neden olur. 3-Elektron: Çekirdeğin etrafını bir yörüngeyi takip ederek çevreleyen (-) yüklü partiküllerdir. Nötr bir atomda elektron sayısı, proton sayısına eşitken, ağırlığı protondan ortalama 1.800 kat daha azdır.

Partikül Yeri Ağırlığı Yükü Proton Çekirdek 1.0073 amu Pozitif Nötron Yüksüz Elektron Elektron bulutu 0.000549 amu Negatif amu (atomic mass unit): 1.66 × 10−24 gram

Karbon İzotopları

HİDROJEN BAĞI

İki elektronegatif atomdan birisine kovalent bağlı H atomu aracılığı ile diğer elektronegatif atom arasında oluşan bağdır. Zayıf bir bağdır ve enerjisi 4.5 kcal/mol dür.

Su molekülleri arasındaki H bağı

Biyolojik öneme sahip H bağları Alkol-su Keton-su R R1 R2 O C H O O H H H O H

H R A T N C G C C H Nükleotidler arasında O H İki peptid arasında H N C C R O

Biyomoleküllerde rastlanan H bağına en çok katılan iki atom, O ve N’ dur. H bağında , H atomu 2 elektronegatif atom arasında eşit olmayan bir şekilde paylaşılır. Hidrojene kovalent bağlı atom H donörü (vericisi), diğer elektronegatif atom H akseptörüdür (alıcısı). H donörü H akseptörü O H O C H O H N O O H O N H O C N H O N H N O

İYONİK BAĞ

İyonik Bağ: Bir yada daha fazla elektronun, bir atomdan tamamen ayrılıp diğer bir atomun yapısına katılması sonucu oluşur. (+) ve (-) yüklü iyonlar arasında meydana gelir. Bu farklı elektrikle yüklü taneciklerin birbirini çekmesi zayıf bir bağ olan iyonik bağı oluşturur.

İyonik bağa bilinen en iyi örnek Na+ ve Cl- iyonları arasındaki bağdır. Na ve Cl un son yörüngesinde 1 e- vardır. Na ve Cl yan yana gelince Na atomu 1 elektronunu kaybeder ve +1 değerlikli iyon haline gelir. Cl da bu 1 elektronu alarak, -1 değerlikli iyon haline gelir. Böylece + ve – iyonlar arasında iyonik bağ oluşur. Na+ + Cl- NaCl Li+ + F - LiF

Van der WAALS BAĞLARI

Bir molekülün nonpolar grupları arasında meydana gelen bağa, hidrofobik bağ yada van der waals bağları denir. Canlı organizmaların yapılarında önemli oranda su içermeleri, biyolojik moleküller için önemlidir. Çünkü su polar bir moleküldür. İyonlarla etkileşir. Ayrıca su dipollerinin moleküllerin pozitif ve negatif yükleri ile etkileşmesi ve H bağlarının oluşması sonucu polar moleküllerin çözünürlüğünü artırır. Diğer taraftan nonpolar yada hidrofobik moleküllerin suya etkileri farklıdır. İki hidrofobik grup bir araya geldiğinde araya su molekülü giremez ve böylece hidrofobik bağ oluşur. Bu tip etkileşimlerde yer alan çekici kuvvetlere Van der waals kuvvetleri denir.

Van der waals kuvvetleri, çakışan elektron orbitallerinin neden olduğu itiş dengeleninceye kadar atomları bir arada tutar. Hidrofobik etkileşimler moleküllerin üç boyutlu yapısını kararlamakta önemlidir. Örneğin globüler proteinlerde yer alan aminoasitlerin yaklaşık yarısı, hidrofobik yan zincire sahiptir. Bu hidrofobik kısımlar molekülün iç kısmında yer alırken, hidrofilik kısımlar dışa dönüktür. Polar olmayan bu iç kısma su molekülleri giremez. Çünkü burada nonpolar gruplar arasında van der waals bağları vardır. H bağı, iyonik bağ ve van der waals bağları gibi zayıf bağlar, hücredeki makromoleküllerin üç boyutlu yapılarının kararlı olmasında rol oynar.

KOVALENT BAĞ Kovalent Bağ: Atomların dış yörüngelerindeki elektronlarını ortaklaşa kullanması ile kurulan bağdır.

Herbir atomun elektronları diğerinin protonlarına ilgilidir H atomları (H) Herbir atomun elektronları diğerinin protonlarına ilgilidir Kovalent bağlı hidrojen molekülü (H2)