Yalın ifadelerle anlatılırsa DNA’nın harikaları kolaylıkla keşfedilebilir. Öyleyse tekrar bir hücrede gezintiye çıkalım. Ancak bu sefer bir insan hücresini ziyaret edeceğiz. Böyle bir hücrenin nasıl çalıştığını gösteren bir müzeye girdiğinizi düşünün. Müze, sıradan bir insan hücresi şeklinde yapılmış. Fakat gerçeğinden 13.000.000 kat daha büyük, dolayısıyla 70.000 kişilik bir stadyum büyüklüğünde.

Müzeye girince içerisinin tuhaf şekiller ve yapılarla dolu olduğunu görüyorsunuz. Tüm bunlara merakla bakarken müzenin ortasında, 20 katlı bir bina büyüklüğündeki devasa bir küre dikkatinizi çekiyor. İşte bu hücre çekirdeği. Oraya doğru yürümeye başlıyorsunuz.

Çekirdek zarındaki bir kapıdan içeri giriyorsunuz ve etrafınıza bakıyorsunuz. İçerisinin 46 tane kromozomla dolu olduğunu görüyorsunuz. Kromozomlar çiftler halinde dizilmiş, her çiftteki kromozomlar birbirinin aynısı. Bu kromozom çiftlerinin boyları birbirinden farklı. En yakınınızdaki kromozom çifti 12 katlı bir bina yüksekliğinde (1). Her kromozomun ortasına yakın bir yerinde bir boğumu var. Bu yüzden her biri, uç uca bağlanmış iki sosise benziyor, ancak dev bir ağaç kütüğü kadar kalın. Kromozoma yaklaştığınızda üzerinde yatay şeritler olduğunu görüyorsunuz. Bir şeride daha yakından baktığınızda, onun da üzerinde dikey şeritler olduğunu fark ediyorsunuz. Bu dikey şeritlerin üzerinde ise daha küçük yatay çizgiler var (2). Acaba bunlar üst üste yığılmış kitaplar mı? Hayır, sıkıca dolanmış kıvrımların dışta kalan kenarları. Bir tanesini tutup çekiyorsunuz ve açılıyor. Elinize alıp baktığınızda bu kıvrımların da aynı özenle yerleştirilmiş daha küçük kıvrımlardan (3) oluştuğunu görüyorsunuz. Bu kıvrımların içinde tüm bu yapının en önemli kısmını görüyorsunuz. Upuzun bir ipe benziyor. Acaba nedir?

HAYRANLIK UYANDIRAN BİR MOLEKÜL

Kromozomun bu kısmını bir ip olarak düşünelim. Bu ip yaklaşık 2,5 santimetre kalınlığında. İp, makaraların etrafına sıkıca sarılmış (4), bu sayede “kıvrım içinde kıvrım” yapısını koruyor. Bu kıvrımların bağlı olduğu yaya benzer bir destek onları bir arada tutuyor. Sergideki bir yazı, ipin çok küçük bir alana sıkıştırıldığını anlatıyor. Yazıya göre tüm kromozomlardaki ipleri düzleştirip uç uca ekleyecek olsaydınız ip dünyanın yarısını çevrelerdi!a

Bilimsel bir kitap bu paketleme sistemini “bir mühendislik harikası” olarak adlandırdı.¹⁸ Bunun arkasında herhangi bir mühendisin olmadığını söylemek size makul geliyor mu? Diyelim ki müzenin hediyelik eşya satan büyük bir mağazası var. Milyonlarca ürün öyle düzenli şekilde dizilmiş ki, ne ararsanız hemen buluyorsunuz. Mağazayı bu şekilde düzene sokan birinin olmadığını düşünür müsünüz? Elbette hayır. Oysa hücredeki paketleme sistemi bundan kat kat daha etkileyicidir.

Sergideki bir diğer yazı, dilerseniz bu ipi elinize alıp ona daha yakından bakabileceğinizi söylüyor (5). İpe yakından baktığınızda sıradan bir ip olmadığını anlıyorsunuz. Bu ip birbirine dolanmış iki iplikçikten oluşuyor. İplikçikleri birbirine bağlayan, eşit aralıklarla yerleştirilmiş minik çubuklar var. İp aslında spiral bir merdivene benziyor (6). O anda elinizdekinin ne olduğunu anlıyorsunuz ve nefesiniz kesiliyor. Bu ip, yaşamın sırlarını içinde saklayan o inanılmaz molekül: DNA!

Makaraları ve yay şeklindeki desteğiyle birlikte titizlikle paketlenmiş tek bir DNA molekülü, bir kromozom oluşturur. DNA merdiveninin “basamakları” ise baz çiftleri olarak bilinir (7). Bunlar nedir? DNA’nın tüm bu kısımları ne işe yarar? Yakınınızdaki bir tabela her şeyi açıklıyor.

EN GELİŞMİŞ VERİ DEPOLAMA SİSTEMİ

Tabelada yazdığına göre DNA’nın tüm sırları, merdivenin iki kenarını birbirine bağlayan çubuklarda, yani basamaklarda saklı. Bu merdiveni ortasından ikiye böldüğümüzü düşünelim. Her iki tarafta da basamak parçaları kalır. Bunların sadece dört türü var; bilim insanları bunları A, T, G ve C olarak adlandırır. Araştırmacıları en çok şaşırtan özellikleri ise şudur: Bu dört harfin diziliş şeklinde, kodlanmış bilgiler saklıdır!

19. yüzyılda icat edilen Mors alfabesi telgrafla iletişimi mümkün kıldı. Bu alfabenin sadece iki harfi vardı: “nokta” ve “çizgi.” Ancak bu iki harfle sayısız kelime ya da cümle kodlanabiliyordu. DNA alfabesinin ise dört harfi vardır: A, T, G ve C. Bunların çeşitli şekillerde dizilerek oluşturduğu “kelimelere” kodon denir. Kodonlar ise bir araya gelerek gen adı verilen “öyküler” oluşturur. Bir gen ortalama 27.000 harf içerir. Genler ve aralarındaki uzun boşluklar da “bölümleri”, yani kromozomları oluşturur. 23 kromozomun oluşturduğu “kitaba”, yani bir canlıyla ilgili genetik bilgilerin bütününe genom denir.b

Genom gerçekten bir kitap olsaydı acaba içinde ne kadar bilgi saklı olurdu? Genom yaklaşık 3 milyar baz çiftinden, yani merdiven basamağından meydana gelir.¹⁹ Bunu şöyle örnekleyebiliriz: Genom, her cildi 1.000’den fazla sayfadan oluşan bir ansiklopedi seti olsaydı içindeki bilgiler 428 cilt doldururdu. Her hücrenin içinde bulunan diğer kopyayı da hesaba katarsak bu 856 cilt eder. Size tüm genomu bilgisayara girme işi verilseydi, tamgün çalışıp hiç izin kullanmasaydınız bile bunu ancak 80 yılda bitirebilirdiniz!

Elbette harcadığınız tüm bu emeğin vücudunuza hiçbir faydası olmazdı. Sonuçta yüzlerce kocaman cildi, 100 trilyon mikroskobik hücrenizin her birinin içine sıkıştıramazdınız. Bu kadar veriyi bu kadar küçük bir alana sıkıştırmak insanı kat kat aşar.

Bir moleküler biyoloji ve bilgisayar bilimi profesörü şöyle dedi: “Kuru haliyle bir gram DNA, bir santimetre küp kadar alan kaplasa da yaklaşık bir trilyon CD’yi dolduracak kadar bilgi depolayabilir.”²⁰ Bu ne anlama gelir? Daha önce anlatıldığı gibi, DNA’nın içinde bir insan bedenini oluşturmak için gereken tüm talimatlar, yani genler saklıdır. Her hücrenin içinde bu talimatların eksiksiz bir kopyası bulunur. Bu bilgiler DNA’nın içine öyle sıkı şekilde paketlenmiştir ki, sadece bir tatlı kaşığı DNA şu anki dünya nüfusunun 350 katı kadar insanın genlerini taşıyabilir! Dünyadaki yaklaşık 7 milyar insanın oluşması için gereken DNA ise bir tatlı kaşığının yüzeyinde ancak incecik bir film oluşturur.²¹

HAREKET HALİNDEKİ MAKİNELER

Etrafınıza bakarken, hücre çekirdeğinin gerçekten de bu müze kadar sessiz olup olmadığını merak ediyorsunuz. Bir anda başka bir sergi gözünüze çarpıyor. Camın arkasında DNA ipinin uzun bir parçası duruyor, önünde de şöyle bir yazı var: “Canlandırma İçin Düğmeye Basınız.” Düğmeye basıyorsunuz ve bir ses şunları anlatmaya başlıyor: “DNA’nın en az iki önemli görevi vardır. İlki replikasyon ya da ikileşme olarak adlandırılır. Bu süreçte DNA kopyalanır, bu sayede her yeni hücrenin içinde aynı genetik bilgilerin tam bir kopyası bulunur. Şimdi lütfen canlandırmayı izleyin.”

Bir kapı açılıyor ve içeri karmaşık bir makine giriyor. Bu makine aslında birbirine bağlanmış küçük robotlardan oluşuyor. Makine DNA’ya yanaşıp kendini ona bağlıyor, ardından raylar üzerindeki bir tren gibi boydan boya DNA’nın üzerinden geçmeye başlıyor. Öyle hızlı hareket ediyor ki tam olarak ne yaptığını göremiyorsunuz, ancak arkasından bir değil iki DNA ipinin çıktığını fark ediyorsunuz.

Ses anlatmaya devam ediyor: “Bu canlandırma, DNA’nın kopyalanışının çok basitleştirilmiş bir halidir. Enzim adı verilen bir grup moleküler makine, DNA’yı boydan boya takip ederek DNA ipliğini önce ikiye böler, sonra ortaya çıkan her iki iplikçiği de kalıp olarak kullanıp iki yeni tamamlayıcı DNA iplikçiği oluşturur. Sergimizde bu işlemde yer alan tüm makineleri gösteremiyoruz. Örneğin replikasyon makinesinin önünden giden küçücük bir aygıt, DNA sarmalının sıkılaşmasını önlemek için onu bir tarafından kesip birleştirerek rahatça sarılmasını sağlar. Ayrıca DNA birkaç kez ‘düzeltme’ işleminden de geçirilir. Hatalar tespit edilip inanılmaz bir titizlikle düzeltilir.” (16 ve 17. sayfalardaki şemaya bakın.)

“Her özelliğini sergimizde gösteremesek de, replikasyon makinesinin hızı canlandırmamızdaki gibidir. Makinenin ne kadar hızlı hareket ettiğini herhalde fark etmişsinizdir. Enzimlerden oluşan gerçek makine, DNA ‘rayları’ üzerinde öyle hızlı seyreder ki saniyede 100 basamak, yani 100 baz çifti üzerinden geçer.²³ Bu ‘raylar’ gerçek bir demiryolu kadar büyütülseydi, makine saatte yaklaşık 80 kilometre hızla giden bir tren gibi olurdu. Bakterilerde ise bu küçücük replikasyon makineleri 10 kat daha hızlıdır! İnsan hücrelerinde, yüzlerce replikasyon makinesi ordular halinde DNA’nın farklı yerlerinden kopyalama işine başlar ve genomun tümünü kopyalamayı sadece 8 saatte bitirir.”²⁴ (20. sayfadaki “Okunabilen ve Kopyalanabilen Bir Molekül” başlıklı çerçeveye bakın.)

DNA’NIN “OKUNMASI”

Replikasyon makinesi gözden kayboluyor. Ardından başka bir makine beliriyor. O da diğer makine gibi DNA’ya bağlanıp üzerinden geçmeye başlıyor, fakat daha yavaş hareket ediyor. DNA ipinin bu makinenin bir ucundan girip, hiçbir değişime uğramadan diğer ucundan çıktığını görüyorsunuz. Ancak makinenin başka bir deliğinden yeni bir iplikçik çıkıyor ve kuyruk gibi gittikçe uzuyor. Acaba neler oluyor?

Ses yine anlatmaya başlıyor: “DNA’nın ikinci görevi transkripsiyon ya da yazılma olarak adlandırılır. DNA, hücre çekirdeğindeki güvenli yerini hiçbir zaman terk etmediğine göre genler, yani vücudunuzu oluşturan proteinlerin yapılması için gereken talimatlar nasıl okunup kullanılıyor? Şu an sergimizde gördüğünüz enzimlerden oluşan makine DNA’nın üzerinde ilerlerken, çekirdeğin dışından gelen kimyasal sinyallerle aktif hale getirilmiş bir gen arar. Böyle bir geni bulunca da RNA (ribonükleik asit) denen molekülü kullanarak o genin bir kopyasını çıkarır. RNA, bir DNA iplikçiği gibi görünse de farklıdır. Onun görevi genlerdeki kodlanmış bilgileri alıp aktarmaktır. Bu bilgiler RNA’ya makinenin içinde kopyalanır, ardından RNA çekirdekten çıkıp bir ribozom bulur. Ribozom da RNA’daki talimatlara göre bir protein oluşturur.”

Bu canlandırmayı izlerken hayretler içinde kalıyorsunuz. Bu müzeden de, içindeki makineleri tasarlayıp üreten kişilerin yaratıcılığından da çok etkileniyorsunuz. Acaba müzedeki her şeyi hareket ederken görmek, insan hücresinin içinde aynı anda gerçekleşen milyonlarca işlemi seyredebilmek nasıl bir şey olurdu? Böyle bir görüntü karşısında herhalde nefesimiz kesilirdi!

Ancak şunu da fark ediyorsunuz ki, tüm bu gördükleriniz vücudunuzda gerçekten oluyor! Siz o müzede dururken 100 trilyon hücrenizin her birinde bulunan küçücük, karmaşık makineler tüm bunları gerçekleştiriyor. Makineler DNA’nızı okuyarak, vücudunuzun tüm kısımlarını, enzimleri, dokuları, organları oluşturan binlerce çeşit proteini üretmek için gereken talimatları alıyor. Ayrıca DNA’nız sürekli olarak kopyalanıyor ve bu kopyalar özenle düzeltiliyor; böylece her yeni hücrede talimatların yepyeni bir kopyası bulunuyor.