Hücredeki Enerji Üretimi

Hücrenin enerji santrali mitokondrinin mikrografiği ve kesiti

Enerji her alanda insan için vazgeçilmez bir ihtiyaçtır. Teknoloji, sanayi, ulaşım, haberleşme gibi birçok hayati konuda kilit konumdadır. Bu kadar vazgeçilmez bir ihtiyaç olan enerjinin bedeli de elbette yüksektir. Dev barajlar, rafineriler, hatta nükleer santraller bu amaçla inşa edilir. Ülke bütçelerinin büyük bir kısmı enerjiye ayrılır. Yalnızca gündelik hayatta kullandığımız bir otomobilin yakıt ihtiyacı için bile yüklü miktarlarda para harcarız.

Peki enerji temini bu kadar masraflı iken, sizi taşıyan, düşünmenizden konuşmanıza, yürümenize kadar birçok işinizi gören vücudunuz, hangi enerjiyi hangi kaynaktan sağlayıp, nasıl üretip, ne şekilde kullanmaktadır?

Hücre ve Enerji

Hücre vücudun ihtiyacı olan enerjiyi üretmek için "mitokondri" denilen yüzlerce küçük enerji santralinden yararlanır. (şekil 8.1) Bu santrallerde, besinlerden elde edilen kimyasal enerjiler, hücrenin kullanabileceği enerji paketlerine dönüştürülür. Bu paketlere ATP adı verilir. Hücre içinde hayatı sağlayan bütün olaylar, mitokondrilerde üretilen bu kullanıma hazır enerji paketleri sayesinde gerçekleşir.

Peki bu enerjinin bedeli nedir?

Bir karşılaştırma için, otomobilinizde yakıt olarak kullandığınız benzini ele alalım. Bu benzin önce yerin derinliklerinden ham petrol olarak çıkartılır. Sonra gemilerle petrol rafinerilerine taşınır. Bu rafinerilerde, birçok karmaşık kimyasal işlemden sonra benzin haline getirilir. Aracınızın motoru da, burada kullanılan benzin de birbirlerine uyumlu bir şekilde üretilmiştir. Aracınız başka herhangi bir yakıtla çalışamaz. Aynı şekilde trenleri çalıştıran elektrik de büyük zahmetler ve masraflar sonucunda barajlarda üretilir. Bu iş için dev hidroelektrik santralleri kurulmuştur. Her iki örnekte de önemli bir bilgi birikimi ve ileri bir teknoloji kullanılmaktadır.

Hücrenin Enerji Santrali

Hücrede bu üstte saydıklarımızdan çok daha mükemmel bir sistem vardır. Kullanılacak enerjinin ilk kaynağı Güneş’tir. Bitkiler güneş ışınlarını kullanarak besin yaparlar. Daha doğrusu, güneş ışığının enerjisini, ürettikleri besinlerin içine depolarlar. Vücut da bu bitkilerden ve bunlarla beslenen hayvanlardan aldığı besinleri çok küçük parçalara ayırır. Enerjinin hammaddesi olan bu küçük parçacıklar hücre tarafından yakalanır ve hücrenin "enerji santrali" olan mitokondriye getirilir. Mitokondri bu hammaddeleri en küçük moleküllerine kadar parçalayarak içlerinde saklı bulunan enerjiyi ortaya çıkarır. Dahası, bu enerjiyi hücrenin kullanabileceği bir yakıt cinsi olan ATP'ye çevirir. Hücredeki bütün olaylar da bu yakıtın sağladığı enerjiyle yürütülür. Buraya kadar saydıklarımız, bütün olup bitenlerin çok kısa bir özetidir. Mitokondri denilen bu santrallerdeki enerji üretimi esnasında son derece karmaşık kimyasal olaylar meydana gelir. Bu kimyasal mucizeler, milimetrenin 100'de biri kadar olan hücrenin içinde, yani hayal gücünün alamayacağı küçüklükte bir yerde meydana gelmektedir.

(Şekil 8.1) Hücredeki enerji üretiminin kısa özeti: Glikoliz basamağında glukoz prüvik aside kadar parçalanır. Burada iki ATP (enerji) elde edilir. Ardından Krebs çemberine giren pirüvik asitten iki ATP daha elde edilir. Üçüncü basamak olan fotofosforlasyon sonucunda 32 ATP kazanç sağlanır. Her hücre hayatının devamı, dolayısıyla sizin hayatınızın devamı için bu işlemleri yapmaya mecburdur. Bu sistemin işlemesi için mevcut olan bütün enzimlerin birarada olması gerekir. Tek bir enzimin eksikliği sistemi tamamen çökertecek, hayat kaynağı olan oksijen hücreyi yakarak ölümüne neden olacaktır.

Hücrede enerjinin üretilmesinde başrolü oksijen oynar. Enerji üretiminin hemen her basamağında birçok farklı enzim, devreye girer. Bir basamakta görevini tamamlayan enzimler, bir sonraki basamakta yerlerini başkalarına devrederler. Böylece, onlarca ara işlem, bu işlemlerde devreye giren yüzlerce farklı enzim ve sayısız kimyasal reaksiyon sayesinde, besinlerde depolanan enerji hücrenin işine yarayacak hale getirilir. (şekil 8.2-8.3-8.4)

Bu haliyle, hücrenin içindeki "enerji santrali"nin, bir petrol rafinerisinden ya da bir hidroelektrik santralinden daha kompleks olduğunu söyleyebiliriz.

Bu durum, hücrenin diğer işlevleri gibi karşımıza son derece olağanüstü bir tablo çıkarmaktadır. Çünkü bir petrol rafinerisi, petrolün ne olduğunu bilen, ham petrolü laboratuvar şartlarında analiz etmiş ve bu teknik bilgiler ışığında hareket eden mühendisler tarafından inşa edilir. Petrolün ne olduğunu bilmeyen insanların bir petrol rafinerisi inşa edebileceklerini düşünmek ise elbette gülünçtür. Böyle bir şey mümkün değildir.

(Şekil 8.3) Glikolizin ilk basamağı enerji temini ile başlar. Enerji olmadan tepkime başlayamaz. Enzimler ATP'den transfer ettikleri iki fosfat grubu sayesinde glukozun değişimini başlatırlar. Bu ilk aşamada iki molekül PGAL (fosfogliseraldehit) üretilir. PGAL'ın üretilmesi enerji teminin başlangıcının ilk işaretidir. Enzimler PGAL'dan elde ettikleri proton ve elektronları NAD+'ya transfer ederek iki molekül NADH sentezlerler. NAD+kullanılamayan bir enzimdir. Proton ve elektronları alarak aktive olur sonra aldığı elektron ve protonları tekrar ortama geri verir, böylece tekrar NAD+ haline gelir. Daha sonra her substrat grubu ADP'ye bir fosfat vererek iki ATP oluşumunu sağlarlar. Aynı işlemler dört ATP için gerçekleşir. Üretilen dört ATP'ye karşılık glikolizin ilk basamağında harcanan iki ATP sayesinde iki ATP elde edilmiş olur.

Ancak bu imkansızlık, hücrenin içindeki enerji santrali, yani mitokondri, tarafından aşılmıştır. Çünkü hücre anne karnında oluşur, çoğalır ve sonra da insan bedenini meydana getirir. Hücrenin enerji santrali olan mitokondiri, yaşamında bir kez bile dış dünya ile muhatap olmaz, tek bir bitki bile görmez. Buna karşın, bitkinin içindeki enerjiyi nasıl açığa çıkaracağını bilir ve bu karmaşık işi kusursuz bir biçimde yürütür.

Böyle bir sistemi mitokondri nereden öğrenmiştir?

İşin doğrusu, hiçbir hücre organeli biyolojik bir işlevi, sözcüğün gerçek anlamında "öğrenme" fırsatına sahip değildir. Çünkü hücrenin oluşumu sırasında, böyle bir işlevi yerine getirecek özelliklere sahip olmayıp, sonraki yaşam süreci içerisinde bunun üstesinden gelebilecek beceriyi elde etmek gibi bir imkanı yoktur. Bu tip olaylarda ön koşul bedende ilgili sistemin daha yaşamın başlangıcında tamamlanmış olarak hazır bulunmasıdır. Aksi halde enerji üretiminde başrol oynayan "oksijen" hücreyi o anda tahrip eder. Şu halde hücrenin, oluştuğu anda, aynı zamanda oksijene karşı kusursuz bir sistemle de donatılmış olması lazımdır. Ancak bu sayede kendisini yok edebilecek olan bu gazı alıp, onun sayesinde hayatının devamı için en önemli gereksinimini, yani enerjiyi üretecektir.

Mitokondrinin amacı, enerjiyi oksijen kullanarak üretmektir. Bunu da, üstte bahsettiğimiz gibi, birbiri ardına çalışan bir enzimler sistemi olmadan başarması mümkün değildir. Bu enzimler bir canlıda ya tümüyle vardır ya da yoktur. Bir sonraki nesile kalıtım yoluyla, yani DNA'da depolanmış bilgi yoluyla aktarılabilirler. Hiçbir canlı kendiliğinden, böyle yapısal bir düzenlemeyi öğrenemez. Bu sistem o kadar gelişmiş ve ayrıntılıdır ki, insan zekası bile bugün bütün imkanlarını kullanarak böyle bir sistemi kuramaz.

Mitokondrinin işlevsel bölgeleri. a) Yarasanın pankreas hücresinin mitokondrisi. b) Mitokondrinin iç bölümündeki zar, organelin içini iki bölüme ayırır. c) İçerde kalan bölüm, oksijenli solunumun ikinci kısmının (buna Krebs çemberi de dahildir) gerçekleştiği bölgedir. NAD ve FAD, H+ ve elektron yakalayarak NADH ve FADH2 oluşturur. Bunları zarın iç kısımda bulunan taşıma sistemine gönderirler. Üçüncü basamakta bu sistemin işlemesi sonucunda H+ konsantrasyonu ve elektrik yükleri değişimleri oluşur. Bu değişimler ve ATP enzim sistemlerinin (ATP senteaz) etkileşmesi sonucunda ATP üretilir.

Nitekim mitokondrideki bu olağanüstü sistemin tek bir anda var olmuş olması gerektiğini evrimci bilim adamları da kabul etmek durumunda kalmışlardır. Bu konu ile ilgili ünlü evrimcilerden Prof. Dr. Ali Demirsoy'un aşağıdaki itirafı son derece açıklayıcıdır:

Sorunun en can alıcı noktası, mitokondrilerin bu özelliği (yani oksijeni enerji elde etme mekanizmasında kullanmak) nasıl kazandığıdır. Çünkü tek bir bireyin dahi rastlantı sonucu bu özelliği kazanması aklın alamayacağı kadar aşırı olasılıkların biraraya toplanmasını gerektirir. Burada evrimsel bir sorunla karşılaşıyoruz. Hücre gelecek yeni durumu bilerek uyum mu yapmıştır? Yoksa koşullar oluşmadan, rastlantı sonucu bu özellikleri taşıyan bir hücre başarılı bir uyum mu yapmıştı?.. Solunumu sağlayan ve her kademede değişik şekilde katalizör olarak ödev gören birtakım enzimler, mekanizmanın özünü oluşturmaktadır. Bu enzim dizisini bir hücre ya tam içerir ya da bazılarını içermesi anlamsızdır. Çünkü enzimlerin bazılarının eksik olması herhangi bir sonuca götürmez. Burada bilimsel düşünceye oldukça ters gelmekle beraber, daha dogmatik bir açıklama ve spekülasyon yapmamak için tüm solunum enzimlerinin hücre içerisinde bir defada ve oksijenle temas etmeden önce, eksiksiz bulunduğunu ister istemez kabul etmek zorundayız.14

(Şekil 8.6) Oksijenli solunumun ikinci basamağında pirüvat mitokondriye girer. Burada pirüvat tamamen ayrıştırılır. Ayrıştırılan karbon ve oksijen atomlarından karbondioksit ve su elde edilir. Ciğerlerden solunum yoluyla atılan karbondioksitin kaynağı budur. Şekilde görüldüğü gibi Krebs çemberine girilmeden pirüvatın tamamı asetil-koenzimA'ya çevrilir. Elde edilen ürün Krebs çemberine girişte oksaloasetatla birleşir. (Krebs çemberi ismini 1930'larda yaptığı çalışmalarla tanınan Hans Krebs'ten alır) Krebs çemberinin üç işlevi vardır. Birincisi NAD ve FAD gibi koenzimlere transfer için H+ ve elektron sağlamak. İkincisi fotofosforilasyon ile ATP üretimi. Üçüncüsü birçok basamak sonucunda çeşitli enzimlerinde etkisiyle çemberin ortasında oluşan moleküllerin tekrar oksaloasetata çevrilmesidir. Hücrelerin içinde sınırlı oksaloasetat bulunduğundan bu geri dönüşüm yapılmazsa solunum bir süre sonra dururdu. Fakat Allah'ın aldığı bu olağanüstü tedbir sayesinde oksaloasetat her seferinde tekrar elde edilir. İkinci basamakta meydana gelen bu akılalmaz tepkimeler sonucunda sadece iki ATP sentezlenir. Fakat bu basamakta elde edilen birçok koenzim, H* ve elektron, solunumun üçüncü ve son bölümünde kullanılmak üzere elde edilir.

Yukarıdaki alıntı, evrimci mantığın uğradığı hezimetin örneklerinden biridir. Tüm bu gerçeklere rağmen evrimciler ne kadar kabul etmek istemese de, bu durumun ancak tek bir açıklaması vardır: mitokondri, hem bitkilerin yapısını hem de insan bedenini en ince ayrıntısına kadar bilen bir aklın Sahibi tarafından yaratılmıştır. Bir başka deyişle, mitokondriyi yaratan güç, "ilim bakımından herşeyi kuşatmış" (Enam Suresi, 80) olan Allah'tır.

Bir diğer ayette de aynı gerçek şöyle vurgulanır:

"Dikkatli olun; gerçekten O, herşeyi sarıp-kuşatandır" (Fussilet Suresi, 54) 

(Şekil 8.7) A. vinelandii adlı bakteride glikoliz sonucunda oluşan pirüvik aside etkiyen pirüvat dehidroganaz enziminin farklı durumlarını gösteren çizimler