Canlılarda Sağ- sol asimetrik vucut yapılanma mekanizması, R-DNA ve L-aminoasitler in homochirality

Canlılarda Sağ- sol asimetrik vucut yapılanma mekanizması, R-DNA ve L-aminoasitler in homochirality

Sağ ve sol vücut kısımlarındaki hücrelerde R-elli DNA ve L-elli amino asitlerin pozisyonları ve yönelimleri hakkında farklı bir bakış açısı ve  canlıların sağ -sol vucut yarıları asimetrik yapılanması

                                         

  Üç resimde aynı kişinindir.Ortadaki normal görünümdür.Diğer iki resim,yüz sol-sol ve sağ-sağ yarıları birleştirilerek yapılmıştır.Sol ve sağ yüzlerimiz sanki başka kişilerinmiş gibi farklıdır.Sadece genlerin dominant veya resesif olmasıyla bu asimetri açıklanamaz.Başka mekanizmalar olmalıdır.Vucudun sağ ve sol yarısındaki aynı genlerin farklı gen ekspresyonu bu tür bir asimetrik yapılanmayı açıklayabilir.Hayvanların ve insanların sağ ve sol vucud yarıları benzerdir fakat asimetriktir.

                                                                              

Sağ-sol yarı vucut  asimerisi resimdeki kedide çarpıcı şekilde belirgindir.Tüm kedilerde aynı derece asimetri yoktur fakat hepsinin sağ ve sol vucut yarıları belirli ölçüde asimetriktir

Moleküllerin veya nesnelerin elli yapısı herhangi bir dış müdahale olmadan değiştirilemez, ancak yön pozisyonları değiştirilebilir. Sağ eldivenler veya eller her zaman R-ellidir, 180 derece döndürüldüğünde yön pozisyonları ters yönde değiştirilebilir.

R-elli DNA ve L-elli amino asitler, sağ-sol vücut kısımlarındaki hücrelerde birbirlerinin ters ayna görüntüsü pozisyonlarında olabilir. R-elli DNA ve L-elli amino asitlerin vücut hücrelerinin sağ ve sol kısımlarındaki ters ayna görüntüsü lokalizasyonu, R/L vücut homokiral asimetrik yapısının oluşturulmasını sağlayabilir. Bu model ayrıca, canlı yapıların protein sentezinde neden her zaman sol-elli amino asitlerin kullanıldığını da açıklayabilir.

1848'de Fransız kimyager Louis Pasteur, yaşam için gerekli olan bazı moleküllerin tıpkı L ve R ellerimiz gibi ayna görüntüsü formlarında bulunduğunu keşfetti. Bugün, biyolojinin bu "kiral" formlardan sadece birini seçtiğini biliyoruz: DNA, RNA ve bunların yapı taşları sağ elliyken, amino asitler ve proteinler sol ellidir. (1)

R el veya R eldiveni her zaman R elli olur ve yapısı ve elliliği değiştirilemez, ancak yön pozisyonları değiştirilebilir.

Kiraliteyi açıklarken, R/L ellerimizin kiral yapısı en sık kullanılan örneklerden biridir. Aynada, R elimizi L elimizmiş gibi görürüz, ancak gördüğümüz şey R elimizdir. R elimizin aynadaki yönü değişmiştir, ancak R ellilik değişemez. Moleküler kiralite ile çok hücreli kiralite arasındaki benzerlik en iyi R/L ellerimizle gösterilir.

Ellerimizi avuç içleri aşağı bakacak şekilde öne doğru uzatırsak, R el baş parmağı L yönünü, L baş parmağı ise R yönünü gösterir. Avuç içleri yukarı doğru açık olduğunda, R el baş parmağı R yönünü, L baş parmağı ise L yönünü gösterir. (Şekil 1) R/L el tercihi değişmez ancak yönler zıt yönde değişir. R elin palmar tarafı, baz çiftlerinin şeker-fosfat molekülleri tarafından oluşturulan DNA omurgasına bağlandığı lokalizasyona benzetilebilir. (Şekil 2)

Burada, canlılardaki zıt yönlü asimetrik homokiral yapılanmanın mekanizması açıklanmaya çalışılmıştır.

                                                              

Şekil 1. Sağ/sol eller 180 derece döndüğünde yönler zıt yönde değişiyor ancak el kullanımı değişmiyor.

                                                                     

                  Şekil 2. R-el palmar tarafı ve R-El palmar tarafının ayna görüntüsü ters pozisyonu. R-el aynı düzlemde 180 derece döndüğünde, yönler değişti ancak R-ellilik değişemez.

Şekil 3. Bu şekilde tüm eller R elinin avuç içi tarafıdır. Şeklin tepesindeki iki el, Sağ/Sol(R/L) vücut parçalarındaki DNA'nın ters pozisyonunda ayna görüntüsünü işaret eder.Leader strand  mavi,lagging strand ise kırmızıdır. R mavi el başparmağı ve L kırmızı el başparmağı, L/R vücut parçalarındaki iplik yönlerini işaret eder ve ipliklerin yön değişimini gösterir.

Vücut parçalarının R yarısındaki hücrelerdeki R DNA'sı dikey konumda 180 derece aşağıdan yukarıya döndürüldüğünde, R el kullanımı değişemez ancak yönsellik zıt yönde değiştirilebilir. DNA strandleri, DNA yapısında birbirlerinin ters ayna görüntüsü pozisyonlarında yer alır. DNA strandlerinin  yönü de R/L vücut parçalarında zıt yönde değişmiştir. Leading strand, sağ vücut yarısında 5'-3' yönünde konumlandırılabilirse, sol  vücut yarısında 3'-5' zıt yönündedir. Protein sentezinde tek bir strand kopyalanır. mRNA öncü iplikten transkribe edildiğinde, R/L gövde yarımlarında zıt yönde konumlandırılmalıdır.

R/L gövde yarımlarında DNA'nın ayna görüntüsü ters lokalizasyonu, R/L asimetrik ayna görüntüsü homokiral gövde yapılanması yaratabilir. Bu olgu, protein sentezinde her zaman L-elli amino asitlerin kullanılmasına bir açıklama sağlayabilir.

DNA ve genlerin R/L vücut parçası hücrelerindeki konumları ve yönleri

Bir molekülün iki olası konfigürasyonu arasında tek bir moleküler elliliğin seçilmesi veya homokiralite, tüm canlı maddelerde gözlemlenir ve yaşamın kökeninde bir gizemdir. (2)

Çoğu DNA çift sarmal sağ elli; yani, baş parmağınız yukarı bakacak ve parmaklarınız baş parmağınızın etrafında kıvrılmış şekilde sağ elinizi uzatırsanız, baş parmağınız sarmalın eksenini ve parmaklarınız şeker-fosfat omurgasını temsil eder. Sadece bir DNA türü, Z-DNA, sol elli. (3)

                                                                                                     

Hayvanlarda ve insanlarda bilateral homokiral asimetrik yapılanma

Birkaç teori önerilmiş olmasına rağmen, LR asimetrisinin altında yatan biyofiziksel mekanizmalar, özellikle hücre kiralitesinin, hücresel düzeyde LR asimetrisinin organ asimetrisi üzerindeki rolü hala belirsizdir. (4) Çok hücreli organizmalarda, şekil, boyut ve işlev gibi hücre özellikleri morfogenez ve fizyolojik işlevlerde önemlidir. Son zamanlarda, 'hücre kiralitesi', hayvanların vücutlarında asimetriye neden olabileceği için hücresel bir özellik olarak dikkat çekmiştir. (5)

Homokiral moleküller, canlıların yapılarında her zaman R-elli DNA ve L-elli amino asitler olarak tek elli bir formdadır.

Canlılardaki en önemli yapı taşları L-amino asitler ve proteinlerdir. Bunlar, vücudu DNA gen ifadesine göre oluştururlar. R/L-vücut parçalarının hücre çekirdeklerindeki DNA ve L-amino asitlerin konumu ve yönelimi, birbirlerinin ters ayna görüntüsü konumunda olabilir. (Şekil 3) DNA, R- gövde yarısında R-elli-R-yönlü ise, L- gövde yarısındaki 180 derecelik dönüş nedeniyle R-elli ve L-yönlü konumlandırılmış olabilir. Bu konum ve yönelimde, aynı gen ifadesi vücudun R/L gövde kısımlarında biraz farklı olabilir. Bu yönelim ve konum modeli, R/L asimetrik homokiral gövde yapısını oluşturabilir.

                                                       

Şekil 4. İnsan vücudundaki organ ve hücrelerin bilateral homokiral konumları. Canlılardaki her şey R-elli DNA ve L-elli proteinler tarafından inşa edilmiştir. Kırmızı oklar, vücut parçalarının R-yarısındaki organların yönünü sembolize eder. Tüm organlar R-vücut parçasında R-elli - L-yönlüdür ve L-vücut parçasında L-elli ve R-yönlü olmalıdır.

R/L vücut parçalarındaki tüm ikili organlar, tıpkı ellerimiz gibi homokiral yapılar olmalıdır. R/L vücut parçalarında birbirlerinin ayna görüntüsü olarak konumlandırılmışlardır. Organların yönü ve konumu, bulundukları vücut parçası yönünün tersidir. R-böbrek L-yönüne, L-böbrek ise R-yönüne işaret eder. R/L vücut parçalarındaki hücrelerin olası yönü de bu şekilde gösterilmiştir. R-beyin vücudun L-yarısını kontrol ederken, L-beyin diğer tarafı kontrol eder. Bu konum düzeni R/L beyinler arasında bir kutupluluk farkı yaratabilir ve beynin işlevini kolaylaştırabilir. R/L vücut parçalarındaki tüm genlerin ve L-amino asitlerin ters ayna görüntüsü konumlandırması, birbirinin ayna görüntüsü olarak homokiral bir vücut yapısı yaratabilir. Çift yönlü zıt homokiral yapılandırma, gelişmiş canlılığın temel bir kuralı olabilir.

İnsan vücudu anatomik olarak vücudun sağ/sol yarısının tam orta hatta birleştiği bilateral bir yapı olarak görünür. Sağ/sol eller homokiral yapılardır ancak sağ/sol beyin yarımküreleri, gözler, akciğerler, böbrekler, testisler, yumurtalıklar ve ayaklar da homokiraldir. Sağ/sol vücut yarım parçaları tıpkı sol/sağ ellerimiz gibi birbirlerinin homokiral ayna görüntüleridir ancak tamamen simetrik değildir. Sağ/sol vücut parçalarındaki tek organlar hariç tüm hücreler, dokular ve organlar ellerimiz gibi birbirlerinin homokiral ayna görüntüsünde yapılandırılmış olmalıdır. Şekil 4. Karaciğer ve dalak gibi tek yapılı organlar için özel genler olabilir.

Dr.Engin sayın Bodrum