ATP Sentezi ile Bakteri Kamçısının Rotor Mekanizmaları Arasındaki Benzerlik: Alakasız İki Mekanizma, Ortak Bir Kökene Sahip Olabilir mi?

ATP Sentezi ile Bakteri Kamçısının Rotor Mekanizmaları Arasındaki Benzerlik: Alakasız İki Mekanizma, Ortak Bir Kökene Sahip Olabilir mi?
Çağrı Mert Bakırcı Editör Çağrı Mert Bakırcı
5 dakika
1,107 Okunma Sayısı
Notlarım
Reklamı Kapat

Her canlının olduğu gibi, bakterilerin de yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmek için enerjiye ihtiyaçları vardır. Canlıların kullandığı temel enerji molekülü bildiğimiz gibi ATP'dir. ATP molekülü açılımı olan "Adenozintrifosfat" kelimesinden de anlaşılacağı gibi, 1 adet Adenin bazı (DNA'da da bulunan molekül) ve 3 adet fosfat molekülünün birleşmesiyle oluşmuş bir moleküldür. Ancak bu molekül, canlı organizmalarda kendiliğinden oluşmaz, ATP sentaz denilen bir enzim aracılığıyla, ADP adı verilen ve açılımı "Adenozindifosfat" olan (yani 1 Adenin bazı ve 2 adet fosfattan oluşan) bir moleküle fazladan 1 fosfat bağlanması ile oluşturulur.

Peki bu molekülü oluşturmak, ADP molekülü ile fosfat arasında yüksek enerjili fosfat bağlarını kurabilmek için gerekli enerji nasıl sağlanır? Halihazırda bir enerji molekülünü üretebilmek için gerekli olan enerji nasıl ortaya çıkar? Bunu açıklayabilmek için ATP sentaz enzimine biraz daha yakından bakmak gerekecek.

Hücrelerimizde ATP Nasıl Sentezleniyor?

Bakterilerin hücre zarında, çok hücreli organizmalarda ise kloroplast organelinin içerisindeki tilakoid adı verilen zarlarda ve mitokondri organelinin iç zarında elektron taşıma sistemi (ETS) adı verilen bir sistem bulunmaktadır (bu konuyla ilgili detayları fotosentezin evrimiyle ilgili yazımızdan okuyabilirsiniz). ETS, elektronegatifliği azdan çoğa doğru dizilmiş moleküllerden oluşan bir zincir olarak düşünülebilir. Elektron taşıma sistemi elemanlarının bulundukları zarı ise, bir kapı gibi düşünebiliriz. Bu zarın üzerinde aynı zamanda pompalar bulunmaktadır. Elektron taşıma sistemindeki elemanların en sonuncusu, ATP sentaz enzimidir. ATP sentaz enzimi, protein yapılı bir moleküldür. 3 adet alt birimden oluşan bu molekülün alt birimleri T, L ve O harfleri ile isimlendirilmiştir. Bu harfler İngilizcede sırasıyla "sıkı", "geniş" ve "açık" anlamlarına gelen "tight", "loose" ve "open" kelimelerini temsil eder.

Bu elemanların ilkine bir elektron geldiğinde, bir sonraki eleman elektronegatifliği daha yüksek olduğundan, elektronu kendisine çekecektir, aynı zamanda bir sonraki eleman da ve bir sonraki eleman da... Bu şekilde, elektron, ETS elemanları ile taşınırken, yani bu elemanlar üzerinden sırayla geçerken, ortaya bir elektrokimyasal enerji çıkacak ve bu enerji, hücre içerisinde bulunan H+ iyonlarının zar dışın pompalanmasını sağlayacaktır. Bu şekilde zar dışında bir enerji potansiyeli oluşturulur. Buna, elektrokimyasal gradyan (İng: "electrochemical gradient") denir. Elektronun ETS üzerinde geçişi sona erdiğinde, zar dışında yoğunluğu daha fazla olan protonlar hücre içine geçişin bir yolunu arayacaklardır. Bu yolu da onlara ATP sentaz enziminin içerisindeki kanal sağlar. ATP sentaz, içerisinde bulunan kanalı, zarın öteki tarafına geçmek için kullanan H+ iyonları, ATP sentaz enziminin rotorunun dönmeye başlamasına neden olur.

Reklamı Kapat

Bu enzim dönmeye başladığında, enzimin L alt biriminden (geniş) giriş yapan ADP ve P (fosfat) molekülleri, dönme etkisiyle T alt birimine (tight) geçer ve burada sıkıştırılarak birbirlerine bağlanırlar. Daha sonra oluşan molekül (ATP), yine bu dönmenin etkisi ile bir sonraki alt birime, O alt birimine, geçer ve buradan serbest kalır. Bu şekilde ortaya bir elektrokimyasal fark ile enerji üretimi senaryosu çıkmış olur.

Bakteri Kamçısı Nasıl Çalışıyor?

İlginçtir ki çok benzer bir mekanizma bakterilerin kamçısında karşımıza çıkıyor. ATP sentaz enzimindeki rotor mekanizmayla benzeşen bir rotor mekanizma bakterilerin kamçılarında da bulunuyor. Peki nedir bakteri kamçısı ve ne işe yarar?

Bakterilerde hareket için evrimleşen, hayvanlardaki kuyruklara benzeyen yapılar, "kamçı" olarak isimlendirilir. Bakteri kamçısı, bakterileri besin bulunan ortamlara doğru götürmekle görevli bir yapıdır; yani bir bakıma bekterilerin hareket organları denilebilir. Bakterilerde bulunan fhl-DC adlı bir gen, kamçı oluşumunu yönetir ve bakterinin besin açısından zengin olduğu ortamlarda bu gen baskılanarak bakterinin kamçı oluşturmasını engeller. Buradan çıkarılacak sonuç; kamçının bakterinin besinlere doğru hareket etmesini sağlamak için oluşan bir yapı olduğudur. Yeterli besini sağlayabilen bir bakterinin hareket etmesi gerekmez.

Bakteri kamçısı bakterilerin hücre zarına kanca şeklinde bir yapı ile tam dik olarak konumlanmıştır.

Bakteri Kamçısı (Tekil: "Flagellum", Çoğul: "Flagella")

Bu yapı hareket etmek için gereken enerjiyi ilginç bir mekanizma ile sağlar: Bakteri kamçısının hücre zarına gömülü kamçısı, durağan ve rotor iki kısımdan oluşur ve bu rotor kısmının dönmesi, proton akışı ile sağlanır. Rotorun iç ve dış ortamındaki pH farklılığı ve bu iki ortam arasındaki iyon dengesizliği, H+ iyonlarının rotorun içindeki kanala doğru akmasını sağlar. Ve bu proton akışı, kancada dönme kuvveti ("tork") meydana getirir. Bu dönme kuvveti öylesine büyüktür ki, kanca en hızlı Formula 1 yarış arabalarının motorlarından bile daha hızlı bir şekilde döner.

Bütün kamçılı bakterilerde kamçı yapısı aynı değildir; içerdikleri proteinler, 23 tanesi dışında farklıdır. Kamçıyı oluşturan bu proteinleri kodlayan genlerin dizilimleri arasındaki farklılıkları araştıran Renyi Liu ve Howard Lochman isimli iki bilim insanı, 41 kamçılı bakteri türünün genomlarını ortaya çıkardılar. Yaptıkları çalışmada bütün bakteri suşlarında ortak olarak bulunan (çekirdek pangenomu) 24 adet yapısal gen tespit ettiler. Ve bu genler, yalnızca diğer kamçı genleriyle dizi benzerliği gösteriyordu, bu da bunların birbirlerinden türeyerek evrimleştikleri anlamına geliyordu. Bu sonuçlar ile var olan kamçı türlerinin bir veya birden fazla öncü genin ardışık şekilde kopyalanması ve modifikasyona uğraması yoluyla ortaya çıktığı saptanmış oldu. Çalışma prensibi ise bütün kamçılar için neredeyse aynıdır.

2002 yılında Howard C. Berg tarafından yayınlanan bir makalede kamçının rotor mekanizmasının prensibi şu şekilde açıklanmıştır:[1]

Kamçı içerisinde bulunan, dönme kuvvetini oluşturan yapılar (stator) iki adet proteinden oluşur: MotA ve MotB. Bu isimlendirmeler İngilizcede kendiliğinden hareket edebilme anlamına gelen “motility” kelimesinden gelmektedir. Bu proteinler dönme kuvvetini yaratan asıl etmenlerdir ve sözü edilen rotor mekanizmada ciddi öneme sahiptirler. Çünkü proton akış tek başına bir enerji üretimi sağlamaz, bu proton akışının idaresini, yönetimini sağlayacak yapılar gerekir. Bu noktada karşımıza aspartik asit adı verilen bir aminoasit (proteinlerin yapıtaşları) çıkar. Aspartik asit, MotB proteininde bulunur. Aspartik asidin yokluğu, protonların yalnızca kanallar içerisinde akması, bir dönme kuvveti oluşmaması anlamına gelecektir. Protonlar, yukarıda sözü edilen nedenlerin etkisi ile kamçı içerisinde bulunan kanallar boyunca akarken, aspartik asitlere bağlanırlar. Bu bağlanma, MotA proteinlerinde yapısal bir değişime yol açar ve bu değişim "ilk kuvvet" olarak değerlendirilir. Daha sonra protonlar aspartik asidi terk eder ve sitoplazma içerisine akarlar. Bu da "ikinci kuvvet" olarak değerlendirilir.

Bakteri kamçısı ve ATP sentazın sahip olduğu bu rotor mekanizmalarda birtakım farklılıklar saptanabilir. Örneğin birinde proton akışıyla, ötekinde ise proton pompalanmasıyla ortaya çıkan bir dönme kuvveti vardır. Ancak ikisi de benzer bir temele dayanan enerji üretme sistemleridir ve akla şu soruyu getirir: Bu mekanizma, ortak bir atanın enerji dönüşümü için geliştirdiği bir mekanizma olabilir mi?

Reklamı Kapat

Her iki mekanizmadaki prensip de esasında aynıdır: bir kanaldaki herhangi bir bölgeye bağlanan protonlar, rotor yükleri tarafından yönetilen elektrik alanı ile etkileşime girerek torka neden olurlar. Oluşan bu dönme kuvveti, yapının işlevini yerine getirmek için ihtiyaç duyduğu enerjiyi sağlar.

Bu iki mekanizma arasında evrimsel bir akrabalık bulunduğu kesin değildir; ancak akademik literatürde, çok sayıda veri hattıyla bu akrabalık ilişkisini ortaya koymaya çalışan ve bunu yaparken konu hakkında oldukça ikna edici argümanlarda bulunan çok ilginç makaleler bulmak mümkündür.[2] Daha fazla araştırma, bu akrabalık ilişkisi argümanını güçlendirecek veya zayıflatacaktır.

Okundu Olarak İşaretle
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Muhteşem! 3
  • Bilim Budur! 1
  • İnanılmaz 1
  • Tebrikler! 0
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 0
  • Güldürdü 0
  • Umut Verici! 0
  • Merak Uyandırıcı! 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 01/08/2021 07:07:39 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/9818

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Size Özel
İçerikler
Instagram
Hasta
Fotoğraf
Foton
Beslenme
Filogenetik
Tekillik
Deprem
Bakteri
Habercilik
Antikor
Kedi
Deney
Cansız
Yumurta
Kara Delik
Demir
Kuyruk
Atmosfer
Mantar
Sars-Cov-2
Ağız
Kafatası
Büyük
Bilgisayar
Çocuklar
Daha Fazla İçerik Göster
Evrim Ağacı'na Destek Ol
Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katmak için hemen buraya tıklayın.
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
EA Akademi
Evrim Ağacı Akademi (ya da kısaca EA Akademi), 2010 yılından beri ürettiğimiz makalelerden oluşan ve kendi kendinizi bilimin çeşitli dallarında eğitebileceğiniz bir çevirim içi eğitim girişimi! Evrim Ağacı Akademi'yi buraya tıklayarak görebilirsiniz. Daha fazla bilgi için buraya tıklayın.
Etkinlik & İlan
Bilim ile ilgili bir etkinlik mi düzenliyorsunuz? Yoksa bilim insanlarını veya bilimseverleri ilgilendiren bir iş, staj, çalıştay, makale çağrısı vb. bir duyurunuz mu var? Etkinlik & İlan Platformumuzda paylaşın, milyonlarca bilimsevere ulaşsın.
Podcast
Evrim Ağacı'nın birçok içeriğinin profesyonel ses sanatçıları tarafından seslendirildiğini biliyor muydunuz? Bunların hepsini Podcast Platformumuzda dinleyebilirsiniz. Ayrıca Spotify, iTunes, Google Podcast ve YouTube bağlantılarını da bir arada bulabilirsiniz.
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Sizi Takip Ediyor

Devamını Oku
Evrim Ağacı Uygulamasını
İndir
Chromium Tabanlı Mobil Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
İlk birkaç girişinizde zaten tarayıcınız size uygulamamızı indirmeyi önerecek. Önerideki tuşa tıklayarak uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu öneriyi, yukarıdaki videoda görebilirsiniz. Eğer bu öneri artık gözükmüyorsa, Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Chromium Tabanlı Masaüstü Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
Yeni uygulamamızı kurmak için tarayıcı çubuğundaki kurulum tuşuna tıklayın. "Yükle" (Install) tuşuna basarak kurulumu tamamlayın. Dilerseniz, Evrim Ağacı İleri Web Uygulaması'nı görev çubuğunuza sabitleyin. Uygulama logosuna sağ tıklayıp, "Görev Çubuğuna Sabitle" seçeneğine tıklayabilirsiniz. Eğer bu seçenek gözükmüyorsa, tarayıcının Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Safari Mobil Uygulama
Sırasıyla Paylaş -> Ana Ekrana Ekle -> Ekle tuşlarına basarak yeni mobil uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu basamakları görmek için yukarıdaki videoyu izleyebilirsiniz.

Daha fazla bilgi almak için tıklayın