3 Bilim İnsanının 2022 Kimya Nobel Ödülünü Kazanan Göz Kamaştırıcı Buluşu
5 ekim'de 2022 yılı nobel kimya ödülünü kazanan bilim adamları açıklandı
nobel kimya ödülü'nün bu yılki sahipleri klik kimya ve bioortogonal kimya alanındaki çalışmaları ile carolyn r. bertozzi, morten meldal ve k. barry sharpless oldu. barry sharpless ve morten meldal, moleküler yapı taşlarının hızlı ve verimli bir şekilde bir araya geldiği işlevsel bir kimya formunun, klik kimyanın temellerini attılar. carolyn bertozzi ise klik kimyayı yeni bir boyuta taşıyarak canlı organizmalarda kullanımını sağladı. bu başarıları ile nobel kimya ödülünü kazanmaya hak kazandılar.
peki bu bilim adamları ne yaptı?
insanlığın kimya alanında ufkunu iki katına çıkardıkları buluşları neydi?
carl sagan kimya hakkında şöyle demişti: "klor, birinci dünya savaşı'nda avrupa savaş alanlarında kullanılan ölümcül zehirli bir gazdır. sodyum, suyla temas ettiğinde yanan aşındırıcı bir metaldir. birlikte sakin ve zehirsiz bir madde olan sofra tuzu oluştururlar. bu maddelerin her birinin sahip olduğu özelliklere sahip olmasının nedeni kimya denilen bir konudur."
jung ise şunu: "iki kişiliğin karşılaşması, iki kimyasal maddenin teması gibidir: herhangi bir tepkime olursa ikisi de dönüşür."
bugün biraz kimyanın kokulu ve büyülü dünyasında dolaşacağız
bu dünyada dolaşmaya ve bu dünyayı anlamaya çalışmaya başlamadan önce güvenlik için son bir not, çünkü dünyanın tüm önemli kimya laboratuvarlarının girişinde bu yazar: kapalı sistemlerdeki maddeleri lütfen ısıtmayınız. çünkü patlar : )
bir futbol takımının teknik direktörü maç öncesinde takımını hazırlar. antremanlar yaptırır. rakip takımın maçlarını izler. rakip takımın eksik yönlerini tespit eder. futbolcularının olumlu niteliklerini değerlendirir. takımına maç ile ilgili taktikler verir. saha içi dizilim şablonunu oluşturur. duran top organizasyonu için planlar yapar vs... tüm bunları maç başlamadan önce yapar. ama işi burada bitmez. çünkü hakem düdük çaldıktan sonra sahada bir sürü farklı olay yaşanır. öncesinde ne kadar detaylı plan yapmış olursan ol, işler bir noktada planın dışına çıkar. oyunculardan biri sakatlanır, sarı kart gören oyuncular olur, kırmızı kart gören olur, bazı oyuncuların o gün gününde değildir. hakem sertliğe fazla izin verir ya da oyunu sürekli durdurup soğutur. maçın başında saçma sapan bir gol yersin. durumu düzeltmek için risk alman gerekir. tüm bu olabilecek sonsuz sayıda değişkene karşı tepki vermek için teknik direktörler saha kenarında durur ve oyunu izlerler. gerekli müdahaleleri yaparlar. maç öncesi ne kadar detaylı çalışırsan çalış, maç başladığında yaşanan her türlü değişkene bir tepki vermek zorundasın. bunu yapamazsan iyi bir teknik direktör olamazsın.
peki vücudumuzun teknik direktörü kim? dna'mız
milyonlarca yıllık evrimde en iyi genler aktarıla aktarıla bir noktaya varılmış. vücudunun hayatı boyunca ihtiyaç duyacağı tüm durumlar için gerekli genetik bilgi her bir hücrenin çekirdeğinde bilgi olarak depolanmış.
ama hayat şişede durduğu gibi durmaz. yaşanırken bir sürü şey olur. kıtlık olur. savaş çıkar. sevgilinden ayrılırsın, depresyona girersin. gece vardiyası olan bir işin vardır. uyku düzenin bozuktur. yemek yeme saatlerin düzensizdir. bir sürü şey olur. bunların olacağı doğmadan önce bilinmiyor. peki tüm bu olanlara uygun yanıt nasıl veriliyor? dna'mız doğumla birlikte her bir hücremize değiştirilemez biçimde yerleşti. peki değişken durumlara karşı vermemiz gereken yanıtı verecek proteinleri nasıl üretiyoruz? bu aslında büyük bir sorun. ve vücut buna dahiyane bir çözüm bulmuş. posttranslasyonel modifikasyon, yani dna'nın ürettiği proteinleri üretim sonrası modifiye etmek. bu çok zorunlu bir durum. çünkü insanlarda yaklaşık olarak 30.000 genom var. 30.000 genom ile tüm vücudu her koşula adepte olacak şekilde yönetmek imkansız. çözüm: posttranslasyonel modifikasyon. bu sayede 30.000 genomdan 30.000 farklı protein üretebilecekken, 1 milyon ayrı protein üretebiliyoruz.
olaylar kabaca şöyle oluyor
vücudun bir proteine ihtiyacı var. (protein deyince aklınıza kas gelmesin, enzimler, bağışıklık elmanları, çeşitli hormonlar vs. vücutta fonksiyonel olarak çalışan her ne varsa kabaca proteindir. diğer şeyler enerji deposudur.) ihtiyaç olduğunda hemen dna o proteini sentezlemeye başlar diye düşünüyorsunuz. ama gerçekte işler böyle yürümez. dna'nın protein sentezlemesi ile hücrede protein üretimi çoğunlukla eş zamanlı değildir. bu söylediklerimi bir örnekle açıklayayım: sipariş geldi, bir pileli etek üretmeniz lazım. hemen iplikleri (aminoasitleri) dokuyup kumaş haline getirir, sonra oluşan kumaşı boyar ve sonra da dikimhaneye götürüp diker misiniz? yoksa hazırda kumaşlar vardır ve o kumaşları ihtiyaç duyulan siparişe göre mi dikersiniz?
cevap ikincisi. vücut da böyle yapıyor. dna'nın 30.000 genomuyla sentezlediği ham protein kumaştır. ama bu ham proteinin katlanıp 3 boyutlu hale getirilmesi lazım. yani etek olarak ya da ceket olarak dikilmesi lazım. bu dikiş işi posttranslasyonel modifikasyon'dur. ham proteinin orasına burasına metil ekliyorsun, fosfat ekliyorsun, acil grubu ekliyorsun, proteinin yapısındaki kimi elementlerin arasında kovalent bağlar oluşturuyorsun vs. böylece protein katlanıyor, kırışıyor, buruşuyor. 3 boyutlu fonksiyonel bir ürün oluyor.
buraya kadar her şeyi anladınız sanırım, hiç hız kesmeden devam edelim
bu proteinin 3 boyutlu yapısı ile ilgili bilgi dna üzerinde yazmaz. bunlar proteinler sentezlendikten sonra yapılır. ihtiyaca göre yapılan şey sonradan değiştirilebilir de.
modifiye edilmiş proteine bir şey eklersin. diyelim ki bu protein enzimse daha hızlı çalışmaya başlar. başka bir şey eklersin, inaktif hale gelir ama dayanıklı olur. hücreden dışarı salarsın. kanda gider, hedef bir organ orada hücreler içine alır bu proteini, onu inaktif eden bileşeni çıkarır ve protein üretildiği yerden çok uzakta çalışmaya başlar. tokken enerji depolama yönündeki enzimler hızlı çalışırken açlık oluştukça bu enzimler yavaşlar. peki nasıl? enerji depolayan enzimler yıkılıp ortadan mı kaldırılıyor da tekrar ihtiyaç duyulunca sil baştan üretiliyor? hayır. enzimlerin çalışma hızı modifikasyonla artırılıp yavaşlatılıyor. yani vücut yaptığı hemen hemen tüm işleri proteinleri modifiye ederek yapıyor.
1990'larda insan genom projesi başladı. başta tıp dünyası olmak üzere tüm bilim çevreleri nasıl heyecanlı, nasıl umutlu... 2003'te proje bitti. abd başkanı toplantı yapıyor. tüm dünyadan canlı yayınlanıyordu. insanlığın gen haritası çıktı. iran bu yapılan işin yanlış olduğunu açıkladı tabii. hilkat garibesi üretilmesinden korkuldu. yapılan iş lanetlendi. iyimser bilim adamları bu haritaya göre birçok hastalığın artık tarihe karışacağına inandılar. kanser, obezite, kalp hastalıkları, kısa boy, kellik, küçük meme ortadan kalkacaktı. ibrahim tatlıses'in soyunun bile göğsü çok kıllı olmayacaktı, ismail türüt'in torunları çok terlemeyecekti...
bunların hiçbiri olmadı. en azından çok azı oldu. çünkü genler, evet önemli ama işler vücutta düşündüğümüz gibi işlemiyor. dna vücudumuzun anayasasıdır. ama ülkelerde işler anayasaya göre değil kanunlara göre yapılır. kanunlar ise proteinlerin modifikasyonudur. anayasa'da olmadığı için kanatlarımız çıkmaz. ama anayasada var diye şizofren babanın tüm çocukları şizofren olmaz. gen ve çevresel etki bir araya gelir ve çeşitli hastalıkları oluşturur. çevrenin etkisi proteinlerin modifikasyonu sayesindedir. şizofren olmaya yol açacak beyindeki değişiklikleri yapacak olayları yapan proteinleri modifiye ederek aktive de edebilirsin, inaktive de.
şimdi gelelim asıl konumuza, nobel kimya ödülüne
bu abilerimiz proteinlerin modifiye edildiği basamakları incelememizi sağlayan kimyasallar geliştirmişler. hatta bu kimyasallardan bazılarının fotoklik özelliği var. şöyle ki, bir enzimin aktivasyonunu değiştiren bölgedeki modifikasyonu sağlayan glikazilasyon basamağındaki şekerin yapısına bu abilerimizin ürettiği şeyler bağlanabiliyor. ve bu bağlanan kimyasallar proteinin yapısını bozmuyor. çünkü bağlanması gereken asıl şeyle neredeyse aynı kimyasal özellikleri var. protein olması gerektiği gibi pileli bir etek oluyor. fakat o da ne! bu bağlanan şeylerin foto klik özelliği var. belirli dalga boyundaki ışık bu proteinlere düştüğünde fotoelektrik etkiyle molekül enerji kazanıyor ve eteğin katlanıp pileli hale gelmesini sağlayan bağları kovalent bağları kurmaktan vazgeçiyor. pileli etek ilginç biçimde seksidir. piller bozulunca etkisini kaybeder. fotoklik sonrası proteinin özgün şekli bozulunca protein de etkisini kaybediyor. çalışmaz oluyor. örneğin gırtlak kanserisin. dna sentezinde kullanılan enzimin yapısına fotoklik özelliği olan bu bilim adamlarının ürettiği kimyasallardan ilave ediyorsun. sonra gırtlağa gerekli dalga boyunda ışık gönderiyorsun. pat! gırtlak bölgesinde hücre üretimi durmuş. kanser hücreleri çoğalamıyor. günümüzde vücuttaki tüm hücrelerin üremesini durduran ilaçlar veriyoruz. bu yüzden saçlar dökülüyor. bağırsaklar bozuluyor. her yeri mahvediyoruz. şimdi ise bilgisayardaki farenin tuşuna basar gibi, sadece kliklediğimiz yerdeki kimyasallar çalışıyor. seçtiğimiz yerde seçtiğimiz sonuçları elde ediyoruz.
daha da önemlisi, vücut içinde işler nasıl yürüdüğünü anlamamız için vücut içinde gerçekleşen reaksiyonları canlı canlı izleme şansımız oluyor. "hmm" diyoruz: büyük oğlan dayısına çekmiş uzun boylu, ama küçük kız halasına çekmiş kısa boylu. oysa 'büyüme hormonunu az sal' diye bir gen yok. büyüme hormonu salgılama geni vardır. ama bazılarında büyüme hormonu salgıla geninin ürettiği protein daha az aktif, bazılarında daha fazla aktif.
özel işaretçileri gönderiyoruz. bakıyoruz. hmmm diyoruz. uzun boylu olanın büyüme hormonunun şu kısmında açil halkası 3 tane var. öbüründe 2 tane. bu yüzden bu kız kısa kaldı. konu sadece insanla sınırlı değil. aynı ırkın her ineği aynı miktarda süt üretmez. evet ırksal farklar önemlidir. anayasa genel çerçeve yapar. bazı inek ırkları etçi, bazıları sütçüdür.
ama etçi ırktan bir ineğin süt üretimini bazı tuşlara basarak belki artırabiliriz. ya da sütçü ırkın daha da fazla süt üretmesi için daha çok süt üretmesini sağlayan proteini daha da çok üretsin diye daha da aktif hale getirebiliriz. insanları yaşlandıran, kasların kendini onarma döngüsünü zayıflatan şeyleri bunu yapmamasını sağlayabiliriz. yani çok fazla şey yapabiliriz.
nobel kimya ödülü kazanan bu bilim adamlarının kimya bilimine yaptıkları katkılar sayesinde
ismail türüt'ün torunlarının daha az terlemesine bir adım daha yakınız.
nobeli hak etmişler mi? bence fazlasıyla hak etmişler.
kişisel not: instagram sayfama da beklerim.