"Canlılığın temeli karbon" belgeselinden.
KOVALENT BAĞLAR
Karbon organik bileşikleri oluşturmak üzere başka atomlarla birleştiğinde, atomlar arasında kurulan bağa kovalent bağ adı verilir. Kovalent bağ, 2 atomun elektronlarını paylaşmaları ile kurulur.
Elektronlar atom çekirdeklerinin etrafında belirli yörüngeler içinde yer alır. Çekirdeğe en yakın yörüngede sadece 2 elektron yer alabilir. Daha sonraki 18 elektron alır ve böylece devam eder. Dikkat çekici olan, atomların yörüngelerindeki elektron sayılarını tamamlamaya yönelik bir eğilimlerinin olmasıdır. Örneğin ikinci yörüngesinde 6 elektron bulunan oksijen, bu yörüngeye 2 tane daha elektron ekleyerek sayı 8'e çıkarmak ister.
Atomların neden böyle bir eğilimi olduğu sorusu cevaplanamamaktadır. Ama bu eğilim olmasa canlı organizmaların var olamayacağı da açıktır. Kovalent bağlar atomların bu yörünge tamamlama isteği sayesinde kurulur. Yörüngelerin tamamlamak isteyen iki farklı atom elektronlarını paylaşarak bu tamamlamayı gerçekleştirirler.
Örneğin suyu oluşturan 2 hidrojen ve 1 oksijen atomu kovalent bağ yaparlar. Oksijen 2 hidrojendeki birer elektronu paylaşarak ikinci yörüngesini sekize tamamlamaktadır. Hidrojenlerin her biri de oksijenin elektronlarından birer tanesini kullanarak kendi yörüngelerini ikiye tamamlamaktadırlar. Karbon da işte bu tür kovalent bağlar kurarak çok farklı maddeler oluşturur. Metan bunlardan bir tanesidir. Metanın oluşumu 4 ayrı hidrojen atomunun karbonda kovalent bağ yapmasıyla oluşur. Karbonun atom sayısı oksijeninkinden 2 eksik olduğu için karbon 2 yerine 4 hidrojenle bağ kurmaktadır.
Ancak karbonun kurduğu bağlar başta belirttiğimiz gibi çok geniş bir yelpaze oluşturur. Karbonun sadece hidrojenle kurduğu farklı bağlar hidrokarbonlar olarak bilinen büyük aileyi meydana getirir. Bu aile içinde doğal gaz, sıvı petrol, gaz yağı, kerosen ve çeşitli makine yağları vardır. Etilen ve propilen olarak bilinen hidrokarbonlar ise petrokimya endüstrisinin temelidir. Başka hidrokarbonlar benzen, toluen ve turpentin gibi bileşikler meydana getirir.
Giysilerimizi güvelenmekten korunması için dolaplara konan naftalin ise bir başka tür hidrokarbondur.
Klor veya florla birleşen hidrokarbonlar ise anestezi maddeleri, yangın söndürücüler ve buzdolaplarında kullanılan freon adı verilen farklı maddeler oluştururlar. Karbonun hidrojen ve oksijenle yaptığı kovalent bağlar ise bir başka geniş yelpaze oluşturur. Bunlar arasında etanol ve propanol gibi alkoller, aldehitler, ketonlar ve yağ asitleri vardır.
Yine karbon, hidrojen ve oksijen birleşiklerinden oluşan çok önemli iki madde ise yediğimiz besinlerin içindeki enerjiyi sağlayan glukoz ve fruktozdur. Ağacın sert maddesini ve kağıdın ham maddesini oluşturan seliloz, balmumu, sirke ve formik asit gibi maddelerin her biri yine karbonun hidrojen ve oksijenle yaptığı kovalent bağlarla oluşur. Karbon, hidrojen, oksijen ve azot atomlarıyla bağ kurduğunda ise bu kez ortaya yine çok önemli bileşikler çıkar. Bu bileşiklerin başında vücudumuzun temel yapı taşı olan proteinleri oluşturan aminoasitler gelir. DNA'yı oluşturan nükleotitler ise yine karbon, hidrojen, oksijen ve azot bileşiminden oluşan moleküllerdir
Kısacası karbon atomunun kurduğu kovalent bağlar canlılığın var olabilmesi için mutlaka gereken şartlardan birisidir. Eğer karbon, oksijen, azot ve hidrojenle kovalent bağlar kuramayacak olsa yaşamdan söz etmek de mümkün olmayacaktır. Karbonun bu bağları kurabilmesini sağlayan şey ise kimyacıların metastability dedikleri özelliğinden kaynaklanmaktadır. Ünlü biyokimyacı Haldane bu özelliği şöyle açıklar:
“Bir molekülün metastabil olması demek, bir dönüşüm sırasında serbest enerji açığa çıkarabilmesi ama ısı, radyasyon ya da bir katalizörle birleşme durumları hariç istikrarlı olarak kalabilmesi demektir.”
Bu teknik tanım, karbon atomunun çok özgün bir yapıya sahip olduğu anlamına gelmektedir. Bu özgün yapı sayesinde karbon normal şartlar altında çok kolay kovalent bağı kurabilmektedir.
Ancak burada çok ilginç bir nokta vardır. Karbonun yaşam için zorunlu olan söz konusu metastability özelliği sadece çok dar bir ısı aralığı için geçerlidir. 100 santigrat derecenin üzerine çıkıldığında karbon bileşikleri son derece kararsız hale gelirler. Bunu hepimiz günlük yaşamımızda gözlemleriz. Eti pişirirken yaptığımız şey aslında karbon bileşiklerinin yapısını değiştirmektir. Ancak önemli bir noktaya dikkat etmek gerekir. Pişen et artık tamamen ölü hale gelir. Yani canlı organizmalarda kullanılan yapısından farklılaşır. Nitekim çoğu karbon bileşikleri 100 santigrat derecenin üzerinde bozulur. Vitaminlerin büyük bölümü hemen parçalanır. Şekerler aynı şekilde yapı değişikliğine uğrar ve besin değerlerini yitirirler. Biraz daha yüksek bir ısıda, örneğin 150 santigrat derecede karbon bileşikleri yanmaya başlar.
Yani karbon bileşiklerinin kovalent bağlar kurup bu bağları kararlı olarak koruyabilecekleri ısı aralığının üst sınırı 100 santigrat dereceyi aşmaz. 0 santigrat derecenin altındaki bir ısıda ise organik biyokimyanın varlığı imkansızlaşır. Ama diğer bileşikler böyle değildir.
Organik olmayan maddelerin çoğu ısı değişimlerinden bu şekilde etkilenmezler. Bunu görmek için bir parça etin yanında biraz metal, cam ya da taş koyup bu karışımı ısıtabilirsiniz. Isı arttıkça etin yapı değiştirdiğini, karardığını ve sonunda yandığını görürsünüz. Ama metale, cama ya da taşa ısıyı yüzlerce derece daha arttırsanız bile bir şey olmaz.
Dikkat ederseniz karbon bileşiklerinin kovalent bağları kurmak ve korumak için ihtiyaç duydukları ısı aralığı tam da dünya üzerinde var olan ısı aralığıdır. Oysa daha önce de belirtmiş olduğumuz gibi evrenin içindeki ısılar en sıcak yıldızların içindeki milyarlarca derecelik korkunç sıcaklıklardan mutlak sıfır noktası olan eksi 273 santigrat dereceye kadar değişebilmektedir. Ama insan için yaratılmış olan dünya, tam da hayatın yapı taşı olan karbon bileşiklerinin ihtiyaç duyduğu daracık ısı aralığına sahiptir.
İşin daha da dikkat çekici bir yönü, aynı ısı aralığının suyun sıvı olduğu yegane ısı aralığı oluşudur. Bir önceki bölümde incelediğimiz gibi yaşamın temel şartlarından biri olan su, tam da karbon bileşikleri için gereken ısıya ihtiyaç duymaktadır. Böyle bir uyumu zorunlu kılan bir doğa kanunu ise yoktur. Bu durum, suyun, karbonun ve dünyanın özelliklerinin birbirine uygun olarak yaratıldığının bir göstergesidir. Allah'ın yaratmasındaki kusursuzluk Kuran ayetlerinde şöyle bildirilmektedir:
“O, biri diğeriyle tam bir uyum içinde yedi gök yaratmış olandır. Rahman olan Allah'ın yaratmasında hiçbir çelişki ve uygunsuzluk göremezsin. İşte gözünü çevirip gezdir. Herhangi bir çatlaklık, bozukluk ve çarpıklık görüyor musun? Sonra gözünü iki kere daha çevirip gezdir. O göz, uyumsuzluk bulmaktan umudunu kesmiş bir halde bitkin olarak sana dönecektir.” (Mülk suresi, 3-4)
