Bakterilerde Demirin Hücre İçine Alım Mucizesi

Demirin yaratılışından dünyamıza indirilişine, ve canlılık için kullanılmasına kadar her aşamasında büyük mucizeler bulunmaktadır. Demir hayat için son derece önemli bir elementtir. Ancak demirin hücreler içinde kullanılabilir hale getirilmesi anına kadar yüksek güvenlik gerektiren sistemler gereklidir. Çünkü serbest halde bulunan demir canlılar için son derece tehlikelidir. Bu yazımızda demirin hücre zarından içeri girişinde karşılaştığı güvenlik sistemini tanıyacağız. Bu güvenlik sistemini tanıyarak canlılığın tesadüfen  meydana geldiğini öne süren evrim teorisinin ne kadar akılcılıktan uzak olduğunu göreceğiz. Canlılardaki bütün teknolojik harikalar gibi demirin hücre içine alışında karşılaştığımız üstün taşıma ve güvenlik sistemi Allah’ın yaratma sanatının güzel örneklerindendir.

Demirin Önemi

Demir dünyada en çok bulunan 4. element olarak bilinir. Hayat için de vazgeçilmezdir. Solunum,  fotosentez, azot bağlama, DNA’daki genlerin kontrolü, DNA sentezi  gibi çok çeşitli biyolojik faaliyetlerde kullanılır. 1 Ancak demir bu önemli görevlerinde bulundukları yerlere son derece hassas bir şekilde yerleştilmek zorundadır. Çünkü serbest demir iyonları (yüklü demir elementine demir iyonu denir) kimyasal reaksiyonlar yoluyla hücreye şiddetli zarar verirler.

Serbest halde bulunan demir iyonlarını pimi çekilmiş el bombasına benzetebiliriz. Çünkü demir iyonları hücrede saldırgan moleküller oluşmasına sebebiyet verirler. 2 Bu saldırgan moleküller de hücredeki DNA, RNA, proteinler ve zarlar gibi yapılara saldırarak tahribata yol açarlar. 3 Bu tahribat hücre için ölüm demektir. Ancak hücrelerinizin her birinde sayısız bomba ile yaşamanıza rağmen bunları hiç farketmeden rahatlıkla hayatınıza devam edersiniz. Çünkü Allah korunmamız için özel sistemler yaratmıştır.

Bakteriler Demiri Nasıl Bulurlar?
Demir en bol bulunan elementlerden olmasına rağmen doğada serbest halde pek az bulunur. Yani demirin suda çözülme oranı oldukça azdır. Ancak bu az miktarda serbest bulunan demir bile vücudumuz için zehirlidir. Bu yüzden Allah vücudumuzda özel görevli proteinler yaratmıştır.  Bu proteinler kendilerine demir iyonlarını bağlayarak serbest demir iyonu oranını düşürürler. 4

Bütün canlılar hayatlarını sürdürebilmeleri için hayati öneme sahip demir elementlerine sahip olmak zorundadır. Buna bakteriler de dahildir. Peki bakteriler bu zorlu şartlarda nasıl yaşayabilirler? Bu noktada bambaşka bir mucize karşımıza çıkar. Bakteriler demiri bünyelerine katabilmek için bilimsel adı siderefor olan ajan proteinleri kullanırlar. Bakteriler bu ajanları hücre dışına salarlar. Sidereforlar dışarıda kompleks halde bulunan demirleri kaparak kendi bünyelerine katar ve kaçırırlar.

Bakterilerin demir ihtiyaçlarını karşılamak üzere siderefor adındaki molekülleri ajan olarak kullanmaları şaşılacak bir durumdur. Bir bakterinin üzerinde böyle bir akıl tecelli etmesi derin düşünen insanlar için önemli bir yaratılış delilidir. Sidereforlar bakteri dışında başka moleküllerin içinde kompleks halinde bulunan demir elementlerini tanır ve oradan kapıp kaçırırlar. Bundan sonra sidereforların yakaladığı demir elementleri ise bu yazının da konusu olan apayrı mucizelerle hücrenin içine alınır.

Demir ile birleşik oluşturan moleküller bundan sonra ayrı bir serüvene başlarlar. Hücre için bu tehlikeli madde güvenilir bir şekilde içeri alınmalı ve demir elementleri görev yerlerine başarı ile iletilmelidir. Peki hücrenin dışında bulunan ajan moleküller hücre içine nasıl alınırlar?

Hücre Zarında Eşssiz Mucize: Demire Özel Güvenlik Kapısı

Bakterilerde, demir ile birleşik oluşturmuş sidereforları hücre zarından hücre içine almak için müthiş detaylı ve sanatlı bir sistem yaratılmıştır. Hücre zarı güvenlikli bir yapıdadır. Hücrenin sağlığı için her madde içeri alınmaz. Bu maddeler büyüklükleri dolayısıyla zardan geçemezler. Dolayısıyla bakterilerin hücre zarı, normal şartlarda, demir elementleriyle birleşik oluşturmuş sidereforları hücre içine almaması gerekirdi. Ancak bakteri hücresini yakından incelediğimizde çok özel bir Yaratılış ile karşılaşırız. Hücre zarında demir ihtiyacını gidermek için pek çok farklı birimin yer aldığı kompleks bir tanıma, taşıma ve güvenlik sistemi yaratılmıştır. Bu sayede  hem tehlikeli hem çok faydalı olan demir elementi hücre içine alınır.

 

Dolmabahçe’nin giriş kapısı ihtişamlı bir sanat eseridir. Bu giriş kapısının tesadüfen meydana gelemeyeceği açıktır. Aynı bunun gibi hücrelerde demir için özel yaratılan giriş kapıları tesadüfler eseri meydana gelemez. Bu giriş kapıları Allah’ın muhteşem eserlerindendir. Son derece hassas detayların var olduğu bu kapıda hücrenin güvenliğine yönelik üst düzey tedbirler alınmıştır.

Bakteri Hücre Zarındaki Güvenlik Sisteminin Detayları Nelerdir?

Bakterilerde demirin sadece hücre zarından geçmesi için bile pek çok farklı birim yer almıştır. Alıcılar, kapılar, taşıyıcı proteinler, enerji iletimi yapan proteinler, enerji santralleri gibi çok farklı yapı sırf bu iş için elele verip ortak bir amaç için çalışırlar. Örneğin çift zarlı yapıda aşağıdaki gibi kompleks bir sistem vardır. Dış zarda özel alıcılar, ajan molekülle (sidereforla) bağ kuran demir elementini tanımak için yaratılmıştır. Demir-ajan çiftinin dış zardan geçebilmesi için ise gerekli enerji iç zarda üretilir. İç zardan üretilen enerji bazı proteinlerce dış kapıya iletilir. Buradan geçen demir kompleksi başka bir protein yoluyla iç zara taşınır. İç zarda da yine onun için yaratılan kapıdan hücre içine alınır.

Bakterinin çift zarında demirin geçişi için görevli yapılar. Bunlar arasında demir için özel algılayıcılar, kapılar zarlar arası boşlukta gemi gibi taşıma yapan proteinler, kapının açılması için görev yapan proteinler yer almaktadır.

Alıcılar yaklaşan bir nesneyi tanımak için kullanılır. Hücre dış zarında da moleküllerden yapılma alıcılar bulunmaktadır. Bu alıcılar demirle komleks oluşturmuş ajan molekülleri tanırlar. Alıcılar elektronik ve malzeme bilimindeki gelişmelerle hayatımızı daha konforlu hale getirmiştir. Küçücük bakterilerdeki FepA adlı alıcılar ilk yaratıldıkları andan itibaren kusursuz bir şekilde görevlerini yerine getirirler.

Elektrik iletim hatları santrallerde üretilen enerjiyi uzaktaki yerlere taşımak için kullanılır. Tıpkı bunun gibi, hücre iç zarında üretilen enerji dış zara taşınması için TonB-ExbB-ExbD adlı proteinlerden oluşan iletim hattınca taşınır.

Bakterilerde hücre dış zarı ile iç zarı arasında bulunan bölgede FepB adlı proteinler tıpkı gemilerin yük taşıması gibi hücre dış zarından içeri alınan demir kompleksini hücre iç zarına taşır. Şuursuz bir molekülün böyle önemli bir görevi, kusursuz sürekli yerine getirmesi tesadüflerin hücrede yeri olmadığını göstermektedir.

Sistemin Detayları

Yukarıdaki resim demirin bakterinin içine girmesi için yaratılan sistemin basitleştirilmiş bir modelini göstermektedir.Bakteri zarının yukarıdaki modeli çift zar yapısındadır. Üstteki zarda FepA adlı alıcılar bulunmaktadır. Bu alıcı demir elementleriyle kompleks oluşturmuş molekülleri tanır ve dış zar ile iç zar arasındaki bölgeye alır. Alıcının açılması için gerekli enerji ise çok ilginç bir şekilde iç zardan sağlanır ve TonB-ExbB-ExbD proteinleri yoluyla bu enerji alıcılara iletilir. 5 Özellikle demir molekülü ihtiyacı fazla olduğunda hücre zarında bol miktarda bulunurlar. Bir başka aracı protein ise (bilimsel adı FepB’dir) alıcıdan geçen demir kompleksini taşıyarak iç zara getirir. İç zarda proteinlerden yapılmış bir başka güvenlik kapısı bulunur. (Bu kapı FepG ve FepD proteinlerinden meydana gelmiştir.) Demir kompleksini bu kapı tanır ve hücre içine başka bazı proteinlerin yardımıyla içeri alır. 6 Burada detaylarını gösterdiğimiz demirin hücre zarından içeri alımında görevli yapıların birinin bile yokluğu ya da yapısındaki bir kusur sistemin çökmesine sebep olur. Bu da hayatın kademe kademe geliştiğini iddia eden evrim teorisinin ne denli yüzeysel bir bakışa sahip olduğunu bir kez daha gösterir.

Sonuç
Bu yazıda moleküllerden oluşan küçük dünyada çok büyük olaylar olduğunu gördük. Benzeri sistemlere günlük hayatta sahip olabilmek için büyük emek sarfettiğimiz bir gerçektir. Elektronik sistemlerin, taşıma sistemlerinin ve profesyonel insanların belli bir organizasyon içinde kullanılmasıyla yapılan işler hücrenin zarında mükemmel bir şekilde gerçekleşmektedir. Her an devam eden bu mucize Allah’ın açık yaratılış delillerindendir.

Kaynak
1 Andrews, S. C., A. K. Robinson, and F. Rodriguez-Quinones. 2003. Bacterial iron homeostasis. FEMS Microbiol. Rev. 27:215-237.
2 Rodriguez, G. M., and Smith, I. (2003). Mechanisms of iron regulation in mycobacteria: role in physiology and virulence. Molecular  Microbiology 2003 Mar;47(6):1485-94
3 Masse E, Salvail H, Desnoyers G, Arguin M. Small RNAs controlling iron metabolism. Curr. Opin. Microbiol. (2007) 10:140–145
4 K. N. Raymond, E. A. Dertz, and S. S. Kim, Bioinorganic Chemistry Special Feature: Enterobactin: An archetype for microbial iron transport, PNAS, April 1, 2003; 100(7): 3584 - 3588.
5 Andrews, S. C., A. K. Robinson, and F. Rodriguez-Quinones. 2003. Bacterial iron homeostasis. FEMS Microbiol. Rev. 27:215-237.
6 K. N. Raymond, E. A. Dertz, and S. S. Kim, Bioinorganic Chemistry Special Feature: Enterobactin: An archetype for microbial iron transport, PNAS, April 1, 2003; 100(7): 3584 - 3588.

Referans 4’ün original metni
Iron: Can’t Live With It, Can’t Live Without It
While iron’s abundance in the Earth’s crust, spin state, and redox tuneability makes it the most versatile of the transition elements, the insolubility of ferric hydroxide at pH 7.4 limits the concentration of [Fe3_] (the free aqueous ion) to _10_18 M (1). However, even below this concentration, free ferric ion is toxic. To avoid toxicity and regulate iron transport, the human serum iron transport protein, transferrin, maintains the free ferric ion concentration at _10_24 M (6–8). Pathogenic bacteria must compete against this thermodynamic limit to obtain iron from the serum or tissues of its human host.

Ref 5’in orijinal metni
Although binding of ferri-siderophores to OM receptors is independent of other factors, transport of ferri-siderophores through OM receptors requires energy. This energy is provided by the electrochemical charge gradient of the CM and is delivered by the energy-transducing TonBExbB- ExbD protein complex

Referans 6’nın original metni
A pictorial scheme shows the transmembrane topology of the FeEnt uptake proteins and how they function. In an iron-deficient state, iron receptors proliferate among the outer membrane (OM) proteins. FepA is a channel protein composed of a_-barrel and an N-terminal gate protein (see Fig. 3). The FepA receptor is highly specific and recognizes the iron binding domain and amide linkage domains of FeEnt. The gating movement of FepA is transduced by the complex TonB–ExbB–ExbD, which is anchored in the cytoplamic membrane (CM). FepB delivers FeEnt to the cytoplasmic pores formed by FepD and FepG. It appears that the cytoplasmic ATPase, FepC, provides energy to assist the uptake through the inner membrane. FeEnt esterase, which is encoded by the fes gene, catalyzes hydrolytic cleavage of the backbone, leading to the intracellular release of iron.