Motor protein

* Kusursuz çalışan insan sisteminin sayısız parçalarından biri olan ve çıplak gözle görülmeyen moleküler motorların işleyisindeki mükemmellikler... * Hücrede kargo vazifesi gören moleküler taşıyıcıların, akıllara durgunluk veren isleri... * Zıt yönlerde çalıştırılan kinezin ve dayneinlerin, birbirlerinin hareketine engel olmadan, işbirliği yaparak hücre içi taşıma yapmalarının sırları... *Gözlerimizi bir kelimeden diğerine hareket ettirmemizde veya elimizdeki derginin sayfalarını çevirmemizde hangi moleküler motorlar vazife görmektedir? Moleküler motorlar Moleküler motor veya motor proteinler, yediğimiz besinler vasıtasıyla vücudumuzda açığa çıkartılan kimyevî enerjiyi, hareket enerjisine dönüştürmede rol alan ve bunu yaparken hücredeki hayatî işlerde kullanılan yapı taşları olarak tarif edilebilir. Motor proteinler, ATP (adenozintrifosfat) molekülünün son fosfat bağının koparılmasıyla açığa çıkan enerjiyi kullanarak şekil değiştirir. Enerjiye bağımlı bu şekil değişimi, kendilerine bağlanmış olan farklı yapıların da hücre içindeki pozisyon ve şekillerinin değişmesine vesile olur. Günümüz teknolojisi ile üretilen hiçbir makinenin büyüklüğü, motor proteinlerin boyutlarına inemediği gibi, onlar kadar verimli de çalışamamaktadır. Motor proteinler; yapıları, bağlandıkları moleküller ve kendilerine verilen vazifelere göre çeşitli sınıflara ayrılır. En çok araştırılan motor proteinleri; kinezin, daynein, miyozin ve prestin aileleridir (Resim 1). Hücre isimli şehrin otoyolları olarak adlandırabileceğimiz mikrotüpçükler, tubulin proteinlerinin bir araya gelmesiyle oluşturulan ve şekil itibariyle içi boş ve uzun bir silindiri andıran tüpçüklerdir. Mikrotubüllere bağlı ve onlar üzerinde yürütülen motor proteinlere kinezin ismi verilmektedir. Kinezinler, kimyevî enerjiyi kullanarak hareket edebilen (mekanokimyevî özellik) proteinler olup, ATP'deki saklı kimyevî enerjinin hareket enerjisine dönüştürülmesinde rol alırlar. 100 kadar çeşidi bulunan kinezin isimli motor proteinler, ortalama 340-350 aminoasitten yapılmışlardır. İlk olarak mürekkepbalığındaki dev sinir hücrelerinde keşfedilen kinezinlerin asıl vazifesi, mikrotüpçüklerin (+) uçlarına doğru yürüyerek, hücre içinde organel ve madde taşınmasını sağlamaktır. Her kinezin molekülünün iki ayağı mevcut olup, parçalanan her ATP molekülü başına 8 nm yürüdüğü bilinmektedir. Kinezinler, miyoz ve mayoz bölünmelerdeki iğ iplikçiklerin meydana gelişinde ve kromozomların farklı kutuplara doğru taşınmasında daynein isimli bir başka motor proteinle birlikte çalışırlar (Resim 2). Bu Birlikte çalışmada imtihan gereği ve izafi güzelliklerin gösterilmesine vesile olarak yaratılan bir problem, Down sendromu veya Mongolizm hastalığında olduğu gibi kromozomların yeni oluşan hücrelere eşit olarak dağıtılmamasına yol açabilmektedir. Daynein Mikrotüpçükler üzerinde yürüme özelliğine sahip bir başka motor protein dayneinlerdir. Bilinen en büyük proteinlerden olan dayneinler, kinezinlerin tersine mikrotüpçüklerin (-) ucuna doğru yürütülürler. Başka bir deyişle, Resim l) Hücre içi organel ve medde taşınmasında vazifeli kinezin, miyozin V ve davnein molekülleri, sahip oldukları bacaklar sayesinde insan gibi adım atarak yürürler, bağlı bulundukları organelleri ve maddeleri, hücrenin çeperlerinden merkezine doğru taşırlar. Saniyede yaklaşık 1.000 adet çekim yapabilen hassas kameralar kullanılarak şu tespit yapılmıştır: Kinezin ve dayneinler bağlandıkları organeli birbirlerinin zıt yönünde taşıyor olmalarına rağmen, bunu birbirlerinin hareketine engel olarak değil, bir işbirliği şeklinde yerine getirmekteydiler. Bir başka deyişle, taşınan kargo belli aralıklarla kinezin ve daynein arasında el değiştiriyordu. Bu işbirliğinin nasıl sağlandığı, birbirine oldukça zıt gibi görünen bu iki molekülün birbirlerinin konumlarından nasıl haberdâr edilip irtibata geçirildiği, araştırmacıları herhalde uzunca bir süre meşgul edecektir. Miyozin ailesi Miyozinler, aktin iplikçikleri üzerinde yürüyüş yapacak şekilde programlanmışlardır. Eğer mikrotüpçükleri hücre şehrinin otoyollarına benzetirsek, aktinleri de hücrenin tâlî yollarına benzetebiliriz. Aktinler mikrotüpçüklere göre daha ince ve kısa olmalarına karşılık, hücrenin geneline yayıldıkları için daha sıktırlar. Aktin ipliklerinin de (+) ve (-) uçları vardır. Miyozin ailesinin ilk örneği, kas hücrelerinde keşfedilmiştir. Kas hücrelerinde bulunan miyozin II adı verilen proteinlerin binlercesi bir araya gelerek, aktinler üzerinde, aynı anda aynı yöne doğru hareket etmeye başlarlar. Bu moleküler yürüyüş, kas hücrelerinin uzayıp kısalmasına dolayısıyla kas hareketlerine (kasılma-gevşeme) yol açar. Sizler bu yazıyı okurken, gözlerinizi bir kelimeden diğerine hareket ettirdiğinizde veya her sayfayı çevirişinizde, milyarlarca miyozin II molekülüne aktin rayları üzerinde milisaniye gibi zaman aralığında, aynı anda ve aynı yöne doğru adım attırılır. Resim 2) Mitoz bölünme esnasında gözlemlenmiş bir hücre. Miktotüpçükler yeşil, DNA ve protein paketçikleri olan kromozomlar mavi, aktin iplikçikleri ise, kırmızı renkli floresans boyalarla işaretlenmiştir. Hatta vücudumuzda öyle kaslar vardır ki, biz farkında olmadan bize hizmet ettirilirler. Ağzımıza aldığımız her lokma, midemize ulaştığında milyarlarca düz kas hücresinin görev aldığı ve bizim kontrol edemediğimiz bir sindirim işlemine tâbi tutulur. Bizim dışımızda, fakat belli bir bilgi ve irade dahilinde gerçekleştiği çok açık görülen bu sindirim işlemlerinde vazifeli düz kas hücreleri içindeki her miyozin molekülünün ne yapacağı ve nasıl davranacağı, ilmi ve kudreti sonsuz Yüce Yaratıcı tarafından programlanmış ve bu program aksamadan işletilmektedir. Hücredeki organellerin ve madde taşıyıcı keseciklerin (vezikül) hücre içi ve dışına taşınmasında, kinezin ve dayneinlerle beraber vazife alan miyozin V molekülünün de kinezinler gibi iki ayağa sahip olduğu ve yürüyerek ilerlediği bulunmuştur. Miyozin V’nin, enerji harcayarak (ATP) attığı her adımda kinezine kıyasla yaklaşık 4,5 kat (37 nm) daha fazla yol katettiği gösterilmiştir. Bu ufacık molekül, kendisinden 1.000 kat daha ağır organelleri sırtlayıp yüzlerce adım atabilir. Yürüme özelliğine sahip diğer motor proteinlere göre daha büyük adımlara sahip oluşu miyozin V’yi bilim adamları arasında popüler hâle getirmiştir. Miyozin V'yi bu kadar önemli yapan şey nedir? Hücre içindeki moleküllerin hareketinde görev alan "Moleküler motor miyozin V nasıl yürüyor?" sorusu, o alanda çalışan herkesin merakını çekiyor ve tartışmaların ana konusunu teşkil ediyordu. Japon bilim adamlarının ağırlıklı olduğu bir grup biyofizikçi, miyozin V’nin bacaklarının asimetrik çalıştığını, iki ayaktan birisi daima diğerinin önünde giderken, diğerinin de onu takip ettiğini iddia etti. Miyozin V’nin attığı adımlar, topallayarak ilerleyen bir kimsenin yürümesine benzetilebilir. Amerikalı bazı bilim adamları ise, miyozin V’nin yürüyüşünün bir insanınkine benzediğini öne sürdü. Onların modeline göre, iki bacak da aynı şekilde adım atabilir. Bir adımda arkada kalan bacak bir sonrakinde öne geçer. (Resim 3) Yıllardan beri bu iki model üzerinde onlarca makale yayımlanmış olmasına rağmen, bütün otoriteleri ikna edecek seviyede inandırıcı bir netice almak kimseye nasip olmamıştı. Tartışmaların tam bir fâsit daireye girdiği anda, Amerika'nın İlinois Üniversitesi'nde doktora yapan Ahmet Yıldız isimli Türk öğrenci ışık yayabilen bazı moleküllerin konumlarının nanometre çözünürlüğünde tespit edilebileceğini ve bunun miyozin ve kinezin gibi moleküler motorların adım atma prensiplerinin anlaşılmasında kullanılabileceğini ortaya attı. Ahmet Yıldız'a göre, bu tekniği daha iyi anlamak için karanlıkta ilerleyen bir insanı örnek verebiliriz. Bir kimseyi gözlerimizle göremiyor olsak bile, ayaklarına iliştireceğimiz ışık yayan lâmbalar sayesinde o kimsenin ne şekilde ilerlediğini anlayabiliriz. Bu fikirden yola çıkan Ahmet Yıldız çok geçmeden nanometre seviyesindeki çözünürlüğün imkânsız olmadığını gösteren neticeler elde etti. Miyozin V’nin yürüyüşünün tıpkı bir insanı andırdığını ortaya koyan çalışması, Amerikanın en ünlü bilim dergisi Science’da 2003 Temmuz'unda kapaktan yayımlandı. Prestin Prestin en son keşfedilen motor proteinlerdendir. Prestin molekülü duyma işleminde vazifelendirilmiştir. Duyma hâdisesinde ortamda yayılan ses dalgalarının kulak zarını hareketlendirmesiyle oluşan titreşimler, çekiç, örs ve üzengi adı verilen kemikler üzerinden kohlea adlı duyma organının içini kaplayan sıvıya aktarılırlar. Bu sıvının içindeki titreşimleri, elektrik sinyalleri hâline dönüştürme vazifesi, IHC adlı iç tüy hücrelerine verilmiştir. Özellikle kısık seslerde olduğu gibi titreşimlerin zayıf geldiği durumlarda, IHC hücrelerinin algılama kabiliyeti düşmeye başlar. İşte bu noktada devreye OHC hücreleri sokulur. OHC hücrelerinin zarında bulunan silia adlı uzantıların titreşimlerle birlikte ileri geri hareket etmesi, hücre ile ortam arasındaki iyon trafiğinin tanzimine vesile olur. OHC hücreleri içindeki iyonların yoğunluğu, hücre zarındaki voltaj farkının, bu voltaj farkı da zarlarda bulunan moleküler motorlardan prestin proteininin şeklinin tanzim edilmesinde hizmet görür. Prestin, hücre zarındaki voltaj farkının azalmasıyla, kısalıp, artmasıyla uzayabilen bir motor proteindir. Prestin motorları ihtiyaç duydukları enerjiyi, yediğimiz besinlerden sentezlenen ATP'den değil, kulağa gelen ses titreşimlerinden elde ederler. Hücre zarlarındaki bütün prestin moleküllerinin senkronize bir şekilde uzayıp kısalmaları, hücrenin de uzayıp kısalmasına yol açar. İşte bu hareket, kohlea içindeki sıvıda ilerleyen zayıf titreşimleri tekrar kuvvetlendiren ve IHC hücreleri tarafından algılanabilmelerini sağlayan bir pompa vazifesi görür. Dolayısıyla en zayıf fısıltıları dahi duymamız için moleküler seviyede prestin molekülleri vazifelendirilmiştir. Kulağa yüksek şiddette sesler geldiğinde ise, güçlü olan titreşimlerin OHC hücreleri tarafından daha da kuvvetlendirilmesi önlenerek her şey en ince detayına kadar tanzim edilmiştir? Kısık sesler kulaklarımıza ulaştığında hareket kabiliyeti zirveye çıkartılan prestinin bu özelliği yüksek titreşimli seslerde elinden alınır. Böylece OHC hücreleri titreşimleri kuvvetlendiremez. Bu durum insanı hayrete düşüren bir hâdisedir. Kullarını en güzel şekilde yarattıktan sonra “Allah'ın nimetini sayacak olsanız sayamazsınız…” (İbrahim, 34) buyuran Rabb'imiz kulaklarımızı en ince noktasına kadar öyle tanzim etmiştir ki, etrafımızda cereyan eden hâdiseleri en güzel şekilde duyarken ne fısıltılardan habersiz kalıyoruz, ne de gürültü ve patırtılardan aşırı bir rahatsızlık duyuyoruz. Prestinin diğer motor proteinlerden farklı özelliği, yüzlerce kat daha hızlı hareket edecek şekilde yaratılmış olmasıdır. Prestin, hücre zarındaki voltaj değişmelerine saniyenin milyonda biri kadar kısa bir sürede cevap verebilecek kabiliyette yaratılmıştır. Bilim adamlarını asıl heyecanlandıran husus ise, prestinin voltaj değişmelerine bu denli hızlı cevap verebilmesinin onu geleceğin nano-teknolojisinde kullanılabilmeye aday bir motor hâline getirmesidir. İncelenmekte olan moleküler motor proteinler hakkında her sene binlerce makale, tez ve proje başvurusu yazılmaktadır. Bu araştırmaların sürdürülmesi için her yıl milyar dolarlarla ifade edilebilecek para, bilim ve araştırma merkezlerine aktarılmaktadır. İşte bu noktada durup biraz düşünmemiz lâzım. Resim 3) Miyozin V molekülünün adım atış prensibini gösteren bu çizim, Science dergisine kapak oldu. Kusursuz olarak çalışan insan sisteminin sayısız parçalarından çıplak gözle görünmeyen en küçüğü bile yüzlerce insanı peşinden koşturan bir araştırma konusu hâline gelebiliyorsa, o sistemi inşa edip bir orkestra gibi yöneten, işleten kudretin üstünlüğü ve sonsuzluğu elbette tartışılmazdır. İşte bu mükemmel sistemi yaratan ve dünyaya geldiğimiz gün bizlere hediye eden Yaratıcı karşısındaki duruşumuzu belki bir kere daha gözden geçirmeliyiz. Sabah-akşam demeden bu nimetin şükrünü eda edebilmek için, ya tefekkür ve hayret ufkunda çalışmak veya bütün bu olup bitenleri kör tesadüfe bağlayarak kâinatın en büyük cinayetini işleyip işlememek seçimi bize bırakılmıştır. Kaderin yoluna su serptiği talihli kişiler, moleküler seviyedeki bu harika işleri ve düzenlemeleri, Yüce Yaratıcı'yı tanıma adına katedilecek tefekkür ve şükür yolunu aydınlatan fenerler olarak yorumlarken, talihsizler ise, en iyi ihtimalle Nobelli ünlü fizikçi R. Feynman ’ın dediği gibi, “Doğduğumda hiçbir şey bilmiyordum ve bana verilen zaman bu gerçeği değiştirmeye yetmedi.” demekle iktifa etmektedirler. Motor proteinler, uygun bir tabakanın yüzeyi boyunca hareket edebilen bir tür moleküler motordur. ATP'nin hidrolizi tarafından enerjilendirilirler ve kimyasal enerjiyi mekanik işe dönüştürürler.

Hücresel işlevler

Bir motor proteinine en belirgin örnek, kas liflerindeki miyozin proteinidir. Miyozin, hayvanlardaki kas lifinin kasılmasını sağlar. Motor proteinleri, sitoplazmadaki protein ve veziküllerin en aktif taşınmasını taşınması sağlar. Kinesinler ve dineinler, aksoplazmik taşıma, iğ iplikleri bilgisi taşıma ve mitoz ve mayoz bölünme esnasındaki kromozom ayırma gibi hücrelerarası taşımada başrol oynar. Dinein, kamçılarda bulunur ve hücre motilitesinde (örneğin, spermde) çok önemlidir.

Motor protein kusurları ile ilgili hastalıklar

Hücredeki motor proteinlerin önemi, işlevlerini tam olarak yerine getirdiklerinde ortaya çıkar. Örneğin kinesin eksikliği Charcot–Marie–Diş hastalığı ve bazı böbrek hastalıkları olarak sınıflandırılır. Dinein eksikliği, solunum sisteminin kronik enfeksiyonudur. Sil, dineinsiz işlevini gerçekleştirir.

Diğer moleküler motorlar

Ana madde: Moleküler motor

Yukarıdaki motor proteinleri bir tarafa bırakılırsa, hücrede kuvvet ve tork oluşturma kabiliyetine sahip birçok protein vardır. Bu moleküler motorların bir çoğu, hem prokaryot hem de ökaryot hücrelerde sıkça bulunur.

Ayrıca bakınız

• ATP-sentaz
• Moleküler motorlar,