Sabun ellerimizi nasıl temizler?

İlk olarak Evrim Ağacı'dan biraz uzun, ikinci olarak Tübitak'tan daha kısa cevabı paylaşacağım.

1)

Sabunu Bu Kadar İyi Yapan Şey Ne?

Eğer sabunun neden bu kadar iyi bir öldürücü ve arındırıcı olduğunu merak ediyorsanız, bir miktar supramoleküler kimya, nanobilim ve viroloji öğrenmemiz gerekecek. Gelin bunu terimlerde çok fazla boğulmadan, herkesin anlayabileceği şekilde yapalım.

Virüsler gerçekten etkileyici yapılardır; çünkü nanobilim ile supramoleküler kimyanın buluştuğu noktadan "doğan" varlıklar olarak görülebilirler. Birçok virüsün 3 ana yapıtaşı vardır: RNA, protein ve yağlar.

RNA, tıpkı DNA gibi bir genetik malzemedir.

Proteinlerin birden fazla görevi vardır: hedef hücrenin içine sızmayı sağlamak, virüs replikasyonunu (çoğalmasını) sağlamak ve basitçe, virüsün yapısını oluşturan bir "tuğla" görevi görmek.

Yağlar (lipitler) ise virüs etrafında bir zırh oluştururlar ve virüsü dış faktörlere karşı koruyup, yayılmasına ve hücre enfeksiyonuna katkı sağlarlar.

RNA, proteinler ve yağlar kendi kendilerine organize olarak virüsü oluştururlar. Burada kritik olan nokta şudur: Bir virüsün yapısında güçlü kovalent bağlar bulunmamaktadır. Dolayısıyla virüsün parçalarını bir arada tutan, parçalaması zor kimyasal bağlara rastlamayız. Bunun yerine virüslerin parçaları, kendi kendilerine organize olurken zayıf ve "kovalent-olmayan" bağlarlar birbirlerine bağlanırlar. Bunu bir nevi cırt-cırt gibi düşünebilirsiniz. Parçalaması zordur; ama imkansız değildir.

Virüsler Nasıl Çoğalır?

Birçok virüs (buna koronavirüs de dahil) 50-200 nanometre büyüklüğe sahiptir. Dolayısıyla bunlar, gerçek birer nanoparçacıktırlar. Nanoparçacıklar, üzerlerinde bulundukları yüzey ile karmaşık fiziksel ve kimyasal etkileşimlere geçerler. Bu, virüsler için de böyledir: Derimiz, çelik, odun, kumaş, boya ve porselen gibi farklı yüzeylerde virüsler farklı şekillerde davranırlar; çünkü bunlar bambaşka yüzeylerdir.

Bir virüs bir hücreyi enfekte ettiğinde, RNA isimli genetik malzemesi o hücrenin biyokimyasal yolaklarını ele geçirerek kendi RNA'sını kopyalamaya zorlar; adeta bir bilgisayar virüsü gibi! Bu RNA'da, virüsün parçalarına (örneğin proteinlerine) dair bilgiler vardır. Bu RNA parçaları kopyalanıp hücre tarafından okundukça, virüsün ihtiyaç duyduğu proteinler de büyük bir hızla ve miktarda üretilir.

Bu aşırı miktarda üretilen proteinler, hücre içinde halihazırda bulunan yağlarla kendi kendilerine birleşerek sayısız yeni virüsü oluştururlar. Yani virüsler kendilerinin "fotokopisini" çekmezler; parçalarından abartılı miktarlarda üretirler ve bunlar kendi kendine organizasyon sürecinden geçerek yeni virüsleri oluştururlar.

Virüsler Nasıl Bulaşır?

Hücre içinde hızla biriken bu virüslerden ötürü hücre giderek şişmeye başlar ve nihayetinde ölür veya patlar. Bu sayede yeni üretilen virüsler etrafa saçılır ve daha fazla sayıda hücreye bulaşabilirler. Eğer bu virüsler şans eseri akciğerlerdeyse (veya akciğerlere ulaşabilirlerse), buradaki mukus tabakası içinde çoğalmaya devam ederler.

Öksürdüğünüzde veya hapşırdığınızda, akciğerlerinizde bulunan mukus, ufak damlacıklar halinde 10 metreye kadar etrafa fırlayabilir. Bu damlacıklardan daha iri olanları, koronavirüs gibi virüslerin asıl taşıyıcısıdırlar ve bunlar, çoğu zaman 2 metre kadar bir mesafeye öksürük veya hapşırık sayesinde fırlayabilirler. İşte bu nedenle öksürürken veya hapşırırken ağzınızı ve burnunuzu kapatmanız, hastalığı saçmamak adına büyük öneme sahiptir.

Bu ufak damlacıklar çoğu zaman çeşitli yüzeylere ulaşırlar ve kısa sürede kuruyarak dağılırlar. Ama damlacıkların taşıdığı virüslerin kendileri halen aktiftir! İşte bu noktada, supramoleküler kimya devreye girer ve kendi kendine organize olmuş nanoparçacıkların (örneğin virüslerin) etraflarıyla nasıl etkileştiklerini anlamak gerekir.

Supramoleküler Kimya ve Nanoparçacıklar

Supramoleküler kimya, birden fazla veya çok sayıda molekülden oluşan kimyasal sistemlerin yapılarını inceleyen kimya dalıdır. Bu noktada, supamoleküler kimya araştırmalarındaki önemli bir bulgudan söz etmek gerekir: Benzer moleküller, kendilerinden daha farklı olan moleküllerle genellikle daha güçlü bir şekilde etkileşirler.

Bu nedenle tahta, kumaş ve tabii ki deriniz, virüslerle çok daha güçlü bir şekilde etkileşir. Ama çelik, porselen ve teflon gibi bazı plastikler ile o kadar güçlü etkileşemez. Tabii ki yüzey özellikleri de önemlidir: Bir yüzey ne kadar pürüzsüz ise, virüs de o yüzeye o kadar zor tutunacaktır. Daha girintili çıkıntılı yüzeyler, virüse tutunabileceği bir alan sağlar.

Peki virüslerin bu yüzeylerdeki davranışı neden bu kadar farklıdır? Virüs, hidrojen bağı adı verilen ve su moleküllerinde de bulunan bir kimyasal bağ ve bu bağa ek olarak hidrofilik (su-seven) veya yağ-benzeri dediğimiz kimyasal etkileşimlerle bir arada tutulur. Örneğin kumaşların veya tahtanın yüzeyleri çok sayıda hidrojen bağı kurabilmeye açıktır. Öte yandan çelik, porselen veya teflon virüs ile o kadar fazla sayıda hidrojen bağı kuramaz. Bu nedenle de virüs bu yüzeylere tutunamaz. Ama şu iyi anlaşılmalı: Virüs, iyi tutunamadığı yüzeylerde de stabil bir şekilde kalabilir; ancak çelik ve teflon gibi yüzeylerde, odun ve kumaş gibi yüzeylerde olduğu kadar uzun süre aktif kalamaz.

Peki bu durumda ne tür sürelerden söz ediyoruz? Virüsler ne kadar aktif kalabiliyor? Bu sorunun çok net bir cevabı yok. SARS-CoV-2 virüsünün birkaç saat ila 1-2 gün kadar aktif kalabildiği düşünülüyor. Çözünmeye neden olan nem, parçalanmaya neden olan mor ötesi ışınlar (güneş ışınları) ve moleküler hareketlere neden olan ısı, virüsü daha stabil yapan unsurlar arasındadır.

Ama şunu söylemek çok zor değil: Deriniz, bir virüsün varlığını sürdürebileceği en ideal ortamlardan birisidir! Organik yapılıdır ve deri yüzeyinizdeki ölü hücrelerde bulunan proteinler ve yağ asitleri, hidrojen bağları ve "yağ-benzeri" hidrofilik etkileşimler için biçilmiş kaftandır! Dolayısıyla bir çelik üzerinde bir virüs varsa ve siz bu çeliğe dokunacak olursanız, virüs derinize yapışacak ve çelikten kurtulacaktır.

Dikkat edin: Henüz enfekte olmuş değilsiniz; ancak eğer yüzünüze dokunacak olursanız, virüs de elinizden yüzünüze geçer. İşte bu, virüsün solunum yollarınıza tehlikeli miktarda yaklaşması demektir. Burun ve ağzınız içindeki mukus tabakasına ulaşması halinde, virüs, sisteminize ulaşmış olur ve artık hızla bölünebilir. İşte artık enfekte olmuşsunuz demektir. Eğer savunma sisteminiz yeterince güçlüyse, ilk bulaşma anında bu yabancı parça yok edilebilir. Yoksa... Geçmiş olsun.

Sabun Ne Kadar Etkili? Neden Sabun Kullanmalıyız?

Ne yazık ki yapılan incelemeler, ortalama bir insanın her 2-5 dakikada en az 1 defa yüzlerine dokunduklarını gösteriyor. Dolayısıyla eğer virüs elinize ulaşacak olursa, yüzünüze ve solunum yollarınıza ulaşması işten bile değil.

Peki, dümdüz suyla ellerimizi yıkamayı seçtik diyelim ki. Şanslıysanız, çalışacaktır! Ancak su, kimyasal olarak sadece deri ile virüs arasındaki hidrojen bağları ile rekabete girer. Virüs, oldukça "yapışkan" bir yapıdır ve dolayısıyla su moleküllerine boyun eğmeyebilir. Bu nedenle sadece su yeterli değildir. Çünkü amaç, virüsü tutunduğu yüzeyden söküp atmaktır.

Sabunlu su, işte burada devreye girer; çünkü kimyasal yapısı tamamen farklıdır. Sabun içinde amfilifiller adı verilen yağ-benzeri yapılar vardır. Bunlar, yapısal olarak virüsün zırhındaki yağlara çok benzerdir. İşte bu sabun molekülleri, virüsün tutunduğu yüzeyi geçtik, virüsün doğrudan zırhındaki yapılar arasındaki bağlarla rekabete girer!

Sabun molekülleri aynı zamanda diğer kovalent olmayan bağlarla da güçlü bir rekabete girer. Hatırlayın, bu bağlar virüsün proteinlerinin, RNA'sının ve yağlarının birbirine tutunabilmesini sağlayan bağlardır. Sabun, virüsün yapıtaşlarını birbirine bağlayan yapıştırıcıyı efektif olarak sökmeye yarar. İşte buna bir de suyu eklediğinizi hayal edin: Harika bir sökücü ve çözücü!

Sabun, aynı zamanda virüsün deriye tutunmasını sağlayan kimyasal bağlarla da rekabete girer. Bunca rekabet etkisi altında kalan virüs, nihayetinde yüzeyden kopar ve dağılır. Virüsten kurtuldunuz, tebrikler!

2)

Ellerimizi sadece suyla yıkadığımızda kirlerin bir kısmı uzaklaşsa da su molekülleri yağ ve benzeri kirleri çözemediği için ellerimiz tam anlamıyla temizlenmiş sayılmaz. Bir maddenin diğerini çözebilmesi için bu maddelerin benzer yapıda olması gerekir. Başka bir deyişle polar maddeler polar çözücülerde, apolar maddeler ise apolar çözücülerde çözünür. Hidrojen ve oksijen atomlarından oluşan polar su (H2O) molekülleri genellikle yağ ve benzeri maddelerden oluşan apolar kirleri çözemezler. Bu nedenle ellerimizi temizlemek için sabuna ihtiyaç duyarız. Sabun molekülleri polar ve apolar olmak üzere iki kısımdan oluşur. Sabun molekülünde baş kısım polar, kuyruk kısmı ise apolardır. Ellerimizi yıkarken sabunun uzun hidrokarbon zincirlerinden oluşan apolar kısımları yine apolar olan kirlere tutunur hatta onları çevreler, polar kısımları ise su molekülleri ile etkileşir. Etrafı sarılan yağ tanecikleri birbirlerinden ayrılarak su içerisinde dağılırlar. Böylece yüzeyden ayrılan yağ molekülleri su ile birlikte kolaylıkla akıp gider.

Sona da bir görsel koyayım:

Evrim Ağacı

Ellerimizi sadece su ile yıkadığımız zaman az miktarda kirleri ellerimizden uzaklaştırmış oluruz. Yağ gibi kirleri sadece su ile temizlememiz mümkün değildir. Bir maddenin diğer maddeyi çözebilmesi için benzer olması gerekir. Yani polar maddeleri polar, apolar maddeleri apolar çözücüler çözer. Su hidrojen ve oksijen atomlarında oluşur (H2O) ve polar yapıdadır. Yağ ve benzeri maddeler apolar olduğu için su ile benzer değildirler ve birbirleri içinde çözünemezler. Bu yüzden sabunla yıkamamız gerekir. Sabunların yapısında polar ve apolar iki uç bulunur. Bu uçlardan polar uç hidrofil(yani suyu seven), apolar uç ise hidrofob(yani sudan kaçan). Yapıdakı apolar uç yağ ve kirlere, polar uç ise suya bağlanır. Etrafı sarılan yağ ve kir tanecikleri birbirlerinden ayrılarak su içinde dağılırlar ve ellerimizden su ile birlikte akıp giderler.