İnsan vücudu elektrik yüklerine büyük ölçüde bağımlıdır. Beyin ve sinirlerde enerjinin şimşek gibi darbeleri uçar ve çoğu biyolojik süreç, vücudumuzdaki her hücrenin membranları boyunca seyahat eden elektrik iyonlarına bağlıdır.
Bu elektrik sinyalleri, hücre membranının her iki tarafında var olan elektrik yükleri dengesizliğinin bir kısmı sayesinde mümkündür. Yakın zamana kadar, araştırmacılar bu dengesizliği yaratmak için membranın önemli bir bileşen olduğunu düşünüyorlardı. Ancak bu düşünce, Stanford Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, su ve hava mikro damlacıkları arasında benzer bir dengesiz elektrik yükünün var olabileceğini keşfettiklerinde baş aşağı çevrildi.
Duke Üniversitesi’ndeki araştırmacılar şimdi, bu tür elektriksel alanların biyolojik kondensat adı verilen bir başka hücresel yapı içinde ve çevresinde de var olduğunu keşfettiler. Su içinde yüzen yağ damlacıkları gibi, bu yapılar yoğunluk farklılıklarından dolayı var olurlar. Hücre içinde fiziksel bir membranın varlığına ihtiyaç duymadan bölmeler oluştururlar.
Hava veya katı yüzeylerle etkileşime giren su mikro damlacıklarının küçük elektriksel dengesizlikler yarattığını gösteren önceki araştırmalardan ilham alan araştırmacılar, aynı durumun küçük biyolojik kondensatlar için de geçerli olup olmadığını görmeye karar verdiler. Ayrıca, bu dengesizliklerin diğer sistemlerde olduğu gibi reaktif oksijen, “redox” reaksiyonlarına yol açıp açmadığını da görmek istediler.
Temel keşifleri 28 Nisan’da Chem dergisinde yayınlanan araştırma, araştırmacıların biyolojik kimya hakkındaki düşünce şekillerini değiştirebilecek nitelikte. Ayrıca, dünyadaki ilk yaşamın nasıl ortaya çıktığına ilişkin gerekli enerjiyi nasıl elde ettiğine dair bir ipucu da sağlayabilir.
Biyomedikal Mühendisliği Alan L. Kaganov Seçkin Profesörü Ashutosh Chilkoti ve Biyomedikal Mühendisliği James L. Meriam Seçkin Profesörü Lingchong You’nun laboratuvarında çalışan Duke Üniversitesi post doktora araştırmacısı Yifan Dai, “Reaksiyonları katalize edecek enzimlerin olmadığı prebiyotik bir ortamda enerji nereden gelecek?” diye sordu.
Dai, “Bu keşif, tıpkı bir elektrik alanına yerleştirilen noktasal bir yüke verilen potansiyel enerji gibi, reaksiyon enerjisinin nereden gelmiş olabileceğine dair makul bir açıklama sunuyor” dedi.
Elektrik yükleri bir malzemeden diğerine geçtiğinde, eşleşebilen ve kimyasal formülü OH olan hidroksil radikalleri oluşturabilen moleküler parçalar üretebilirler. Bunlar daha sonra tekrar eşleşerek küçük ama tespit edilebilir miktarlarda hidrojen peroksit (H2O2) oluşturabilir.
Dai, “Ancak ara yüzeyler, biyolojinin en önemli parçalarından biri olan hücresel membran dışındaki biyolojik rejimlerde nadiren incelenmiştir” dedi. “Bu yüzden biyolojik kondensatların arayüzünde neler olabileceğini yani bunun da asimetrik bir sistem olup olmadığını merak ediyorduk.”
Hücreler, belirli proteinleri ve molekülleri ayırmak ya da bir arada tutmak için biyolojik kondensatlar oluşturabilir, bu da onların faaliyetlerini engeller ya da teşvik eder. Araştırmacılar kondensatların nasıl çalıştığını ve ne için kullanılabileceklerini yeni yeni anlamaya başlıyor.
Chilkoti laboratuvarı doğal olarak oluşan biyolojik yoğuşmaların sentetik versiyonlarını yaratma konusunda uzmanlaştığından, araştırmacılar teorileri için kolayca bir test yatağı oluşturabildiler. California-Berkeley Üniversitesi’nde Christopher J. Chang’in grubundaki doktora sonrası araştırmacı Marco Messina’nın yardımıyla küçük kondensatlar oluşturmak için yapı taşlarının doğru formülünü birleştirdikten sonra, sisteme reaktif oksijen türlerinin varlığında parlayan bir boya eklediler.
Önsezileri doğruydu. Çevresel koşullar doğru olduğunda, kondansatların kenarlarından katı bir parıltı başladı ve daha önce bilinmeyen bir fenomenin iş başında olduğunu doğruladı. Dai daha sonra, grubu su damlacıklarının elektrik davranışını ortaya koyan Stanford’da Marguerite Blake Wilbur Kimya Profesörü olan Richard Zare ile konuştu. Zare, biyolojik sistemlerdeki yeni davranışı duyunca heyecanlandı ve altta yatan mekanizma üzerinde grupla birlikte çalışmaya başladı.
Zare, “Yüksek lisans öğrencim Christian Chamberlayne ile birlikte su damlacıkları üzerine daha önce yaptığımız çalışmalardan esinlenerek, aynı fiziksel ilkelerin hidrojen peroksit moleküllerinin oluşumu gibi redoks kimyasına da uygulanabileceğini düşündük” dedi. “Bu bulgular, kondensatların hücrelerin işleyişinde neden bu kadar önemli olduğunu ortaya koyuyor.”
Chilkoti “Çoğu önceki çalışma, biyomoleküler kondensatların iç kısımlarına odaklanmıştı,” dedi. “Yifan’ın keşfi, biyomoleküler kondensatların evrensel olarak redoks-aktif gibi göründüğünü gösteriyor. Bu da, kondensatların sadece yaygın olarak anlaşıldığı gibi belirli biyolojik fonksiyonları yerine getirmek için evrimleşmediklerini, aynı zamanda hücreler için hayati öneme sahip kritik bir kimyasal işlevle donatıldıklarını gösteriyor.”
Hücrelerimizde devam eden bu reaksiyonun biyolojik etkileri bilinmemekle birlikte, Dai etkilerinin ne kadar güçlü olabileceğine dair prebiyotik bir örneğe işaret ediyor. Mitokondri adı verilen hücrelerimizin güç merkezleri, aynı temel kimyasal süreç aracılığıyla yaşamımızın tüm işlevleri için enerji üretir. Ancak mitokondri ya da en basit hücreler bile var olmadan önce, yaşamın ilk işlevlerinin çalışmaya başlaması için bir şeyin enerji sağlaması gerekiyordu.
Araştırmacılar enerjinin okyanuslardaki termal bacalardan ya da sıcak su kaynaklarından sağlandığını öne sürmüşlerdir. Diğerleri ise su mikro damlacıklarında meydana gelen aynı redoks reaksiyonunun okyanus dalgalarının püskürtmesiyle oluştuğunu öne sürmüşlerdir.
Ama neden bunun yerine kondensatlar olmasın?
Dai şöyle diyor: ‘Maddeler küçüldüğünde ve arayüz hacmine kıyasla büyük hale geldiğinde, büyülü şeyler olabilir. Sonuçların birçok farklı alana önemli etkileri olacağını düşünüyorum.” [1]Newly discovered electrical activity within cells could change the way researchers think about biological chemistry
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
