İskelet dokular, arkeolojik ve etnografik iskelet dokularda görülen

BEK 153 ORGANİK ESERLERDE ÖNLEYİCİ KORUMA
ÜNİTE 7
DERS 13
İSKELET DOKULAR 1
Doç. Dr. Cengiz ÇETİN
I. İSKELET DOKULARI

İskelet dokuların temel yapı taşı; doku hücrelerinin aralarındaki
boşlukları dolduran, son derece esnek yapıya sahip lifsi bir protein
olan kollajendir (bazı kaynaklarda “kolajen veya kollojen” olarak
da adlandırılır).

İskelet dokuların diğer bir önemli
yapı taşı da hydroxyapatitedir.
Hydroxylapatite
olarak
da
adlandırılan hydroxyapatite bir
mineraldir.
Doğada
genellikle
kalsiyum apatite formunda bulunur
ve Ca10(PO4)6(OH)2
formülü ile
ifade edilir. Bu mineralin kristalleri
altıgen biçimlidir.

İşte bu hydroxyapatite kristalleri esnek özellikteki
kollajen fibrillerinin* etrafını saracak şekilde dizilir
ve kollajen yapısının sertleşmesine sebep olur.
Bu iki temel yapı taşı, su ile birlikte işlevsel bir
hale gelir ve gelişir. Canlının ölümü sonrasında bu
maddelerin bir bölümü yok olur ve dolayısıyla
yapıda sertleşme ortaya çıkar. Kemik, boynuz ve
fildişi gibi iskelet dokularının yapılarında bulunan
hydroxyapatite ve kollajenin birbirlerine oranları
farklıdır. Bu nedenle kemiklerin mikro ve makro
dokuları birbirinden farklı özellikler gösterir.
* Fibril: Bağ dokusunu meydana getiren maddelerden
olan fibriller uzun peptit** zincirlerinden oluşan
proteinlerden meydana gelirler.
**Peptitler (Yunanca πεπτίδια, "küçük sindirilebilirler") tanımlanmış bir
düzende, α-amino asitlerin birbirine bağlanmasıyla oluşan kısa
polimerdir. Bir amino asit kalıntısı ile diğeri arasındaki bağ bir “amid
bağ” veya “peptit bağ” olarak bilinir.

İskelet dokular kendilerini oluşturan yapı taşları açısından ele alındığında birbirleriyle
benzerlik gösterir, ancak oluşum ve kompozisyon açısından farklılaştıkları izlenir.

İskelet dokular işlenmiş ve işlenmemiş malzemeler olmak üzere iki farklı biçimde ele
geçebilir. İşlenmiş iskelet dokular ile doğal haliyle ele geçen malzemelerin korunmuşluk
durumları farklılık gösterir. Özellikle, işlenerek obje haline getirilen iskelet dokular, işlenme,
biçimlendirilme ve kullanımdan dolayı bozulmaya uğrarlar.
Kemik:
a)
İşlenmemiş kemik dokular (İnsan ve hayvan iskelet veya kemikleri)
b)
İşlenmiş kemik dokular (Obje halinde getirilmiş kemikler)
Boynuz:
a)
Sığır boynuzları, keçi ve diğer küçük çift toynaklı hayvanlara ait kısa boynuzlar
b)
Geyik ve karaca boynuzları
Fildişi
Bağa
Saç
Tüy

Kemikler, dişler, uzun aşı dişleri
yanısıra (fillerde, gergedanlarda
olduğu gibi) boynuz ve kabuk
(boğa,
istridye
kabuğu
gibi)
malzemelerin
fiziksel
nitelikleri,
bunların obje olarak kullanılmalarını
olanaklı kılan mekanik dayanıklılığa
sahip bir iç tasarım gösterir. Bununla
birlikte bu malzemelerin obje haline
getirilmesi
esnasında
kullanılan
yöntemler boyutsal durağanlıklarını
etkiler. Kemik ve fildişi, ahşap gibi
anizotropiktir;
yani
yapılarından
alınan değişik kesitlerde farklı
mekanik özellikler gösterirler. Söz
konusu özellik uzun kemiklerde
izlediğimiz uzun kollajen liflerinin tek
bir
boylamda
uzanmasından
kaynaklanmaktdır.
I.1. İSKELET DOKULARININ KİMYASAL YAPILARI
I.1.a. MİNERALLER
Kalsiyum (Ca), fosfat (CaF2) ve fluorite (PO4) minerallerinin
oluşturduğu bir bileşik olan apatite [CaF23Ca3(PO4)2] suyun
(H2O) bulunduğu ortamlarda hidroksil (OH-) grubunu molekül
yapısına katarak yeni bir molekül olan hydroxyapatite’i
[Ca10(PO4)6(OH)2] oluşturur.
Deri dokularını meydana getiren kollajen liflerinde gözlenen
esneklik kemik, boynuz, fildişi gibi iskelet dokularında görülmez.
Kollajen
liflerinin
etrafını
saracak
biçimde
yerleşen
hydroxyapatite bu liflerin sertleşmesine, dolayısıyla dokuların
daha fazla mekanik dayanıklılık kazanmasına neden olur.
İSKELET DOKULARININ KİMYASAL YAPILARI
I.1.b.
PROTEİNLER:
Proteinler,
amino
asitlerin
zincir
halinde
birbirlerine
bağlanmasından
oluşan
büyük
organik
bileşiklerdir.
Polisakkaritler, nükleik asitler ve yağlar gibi biyolojik
makromoleküllere
benzer şekilde, proteinler de canlı
organizmaların temel bileşenlerindendir ve hücrelerin içindeki
her süreçte yer alırlar. Çoğu protein, biyokimyasal tepkimelerde
katalizör işlevi olan enzimlerdir ve metabolizma için yaşamsal bir
role sahiptir. Ayrıca proteinlerin yapısal veya mekanik işlevleri
vardır; hücre iskeletindeki proteinler, hücrenin şeklini koruması
için bir iskele görevi yaparlar.
I.1.B.
PROTEİNLER

a)
Kollajen:
Kollajen hareket sisteminin yapı taşlarını,
özellikle kemik, kıkırdak, lif, eklemler,
deri, kas, boynuz ve postlarını oluşturan
proteindir. Bu protein birbiri üzerine
sarılmış
üç
polipeptit
zincirinden
meydana gelir. 22 tane değişik tipi
tanımlanmış olup, tip I, tip II şeklinde
isimlendirilir. Bu çeşitlilik moleküler
yapıdan kaynaklanmaktadır. Kollajenin
ana
molekülü
tropokollajendir.
Tropokollajenler de hücrenin içinde
üretilen prokollajenlerden oluşur.
Kollajen hayvansal dokularda en çok gözlenen lifsi protein türüdür. Deriye
dayanıklılığını, jelatine yapışkanlığını ve hayvansal tutkallara yapıştırıcı
özelliğini kazandıran kollajen inorganik kalsiyum tuzları ile bir araya gelerek
sert kemik ve diş yapılarını oluşturur.
Kollajenin Özellikleri:

Molekül içerisindeki hydroxyproline ve hydroxylysine oranı
arttıkça sıcaklık ve kimyasal bozulmalara karşı dayanıklılığı
artar.

Diğer lifsi proteinler gibi, kollajen de su içerisinde çözünmez.

Belli bir süre kaynatıldığında veya sıcak su buharı ile basınç
altında tutulduğunda, jelatin kıvamına gelen çözücü
içerisinde kısmen bozulmuş bir halde bulunur.

Bu durumda sıcaklık ve basıncın etkisi ile kollejenin molekülleri
arasındaki bağlar bölünür ve jelatinimsi bir doku oluşur.
Soğuyan jelatin katılaşır ve kuruma ile birlikte kuvvetli yapıştırı
bir özellik gösterir.

Bu nedenle ahşap, kumaş gibi maddelerin yapıştırılmasında
ve pigment bağlayıcısı olarak kullanılır.

“Hayvansal tutkalları”nın temel taşıdır.
KOLLAJEN BOZULMASı:
Biyolojik malzemelerde hücresel düzeyde gelişen bozulmalar
kimyasal bozulmalardır. Ancak kollajenli dokularda hücresel
dağılıımın yerini lifler almıştır.

Kollajende kimyasal bozulma doğrudan, kollajeni meydana
getiren lifleri oluşturan protein yapısında görülür.

Kollajenin bozulmasına neden olan etmenler kısaca şunlardır:

Nötr tuzlar:
Yüksek yoğunluktaki (4 M) nötr tuzlar farklı derecelerde gelişen hidrolizlere neden
olur. Özellikle deniz altı buluntularında suyun buharlaşması ile yapı içerisinde
kalan tuzlar bu tür bozulmalara yol açmaktadır.

Alkaliler:
Yüksek kalsiyum yoğunlaşmalarının sebep olduğu yüzey tortularının çözülerek
temizlenmesi esnasında kullanılan alkanlar proteinin hidrolizine neden olabilir.
KOLLAJEN BOZULMASı:

Metal İyonları:
Su altı ve nemli alan buluntularında rastlanan demir tuzları aeorobik koşullar
altında hava kirliliği ürünlerinden sayılan sülfür dioksitin (SO2) oksidasyon
reaksiyonunda katalizör görevi görerek kollajen hidrolizini gerçekleştiren sülfürik
asidin oluşmasına yardımcı olur. Bu durum demir tuzları barındıran ve depolanan
/ sergilenen eserler için çok ciddi bir tehdit unsurudur.
Ortamda veya eserin bünyesinde yer alan bakır (Cu2+) ve krom (Cr3+)
elementleri hidrojen peroksitin okside edici özelliği ile birleşince kollajenin normal
oda sıcaklığında da çözünmesine yol açar.

Biyolojik Organizma Kökenli Enzim Hidrolizi:
Baktari hidrolizleri kollajen yapısını hem eritir hem de yüzeyinde lekeler
oluşmasına neden olur. Su altı buluntuları gömü koşullarında bakteri
saldırılarından korunabilmekte, ancak aynı objeler uygunsuz depolanma /
sergilenme koşulları altında enzim hidrolizine açık hale gelebilmektedir. Enzim
hidrolizini önleyebilmek için biyositler kullanılmaktadır. Ancak biyositler kollajen
üzerinde olumsuz etkiler yaratmaktadır. Bu nedenle analiz sonuçlarını
yanıltabilmektedir. Analiz yapılması düşünülen objeler üzerinde asla biyosit
kullanmamalıdır.
KOLLAJEN BOZULMASı:
Radyasyon:
U.V. (mor ötesi) ışınları kolajenin bozulmasına neden olur. Bu nedenle iskelet
dokusuna sahip objeler yoğun gün ışığına maruz kalmamalıdır. Işıksal bozulma
(photo-degradation) veya yüksek enerjili bağımsız birimler ortamda bulunan
demir iyonlarının katalizörlüğü ile protein yapısını bozulmaya uğratabilir.

b) Keratin:
Keratin
sadece
bazı
ökaryotik
(çekirdekli) hücrelerde bulunan lifli,
yapısal bir protein ailesinin genel
adıdır. Epidermal hücreleri paketler
ve sertleştirir. Keratini oluşturan
polipeptid zinciri bir sülfür köprüsü ile
birbirlerine bağlanır. Sülfür köprüleri,
sülfür atomları içeren amino asitler
arasında bulunmaktadır. Bu bağlar
küçük iplikçikler şeklinde birleşirler.
Daha sonra bu iplikçikler gitgide
büyür ve bir arada istiflenerek bir
hücre meydana getirirler.
Keratin filamentleri yapısal olarak çok sağlamdırlar ve suda çözünmezler.
Memeliler, kuşlar, sürüngenler ve amfibilerde bulunan keratin filamentleri,
mineralize olmayan sert vücutsal yapıları oluştururlar. Keratin tırnaklar, dinozor
pençeleri, saç yün, toynak ve kuş tüyleri gibi üst deri ürünü olan yapıları
oluşturan bir proteindir dolayısı ile herhangi bir gıda da bulunmaz.
Saç ve tüylerde birbirine sülfür köprüsüyle bağlanmış
keratin moleküllerinden başka bir şey değildir. Saç ve
tüylerdeki keratin lifleri belli bir doğrultu izler. Örneğin
saç ya da yün keratinleri birbirlerine paralel
doğrultudayken, sakal veya bıyık keratinleri dairesel
biçimlerde sıralanırlar.
Saç (yün)deki keratin molekülleri hidrojen bağları ile bağlanmıştır.
Hidrojen bağlarının esnekliği nedeniyle saç ve kıllar hareket eder ve
kolay kolay kırılmaz.
Keratin molekülü, bedenimizde de günlük hayatta kullandığımız
eşyalarda da çok çeşitli şekillerde bulunmaktadır. Deri, neredeyse saf
keratin molekülünden oluşmuştur. Yün, ipek, balık pulu, tüyler ve tüy
sapları da keratinden meydana gelir. Pençeler ve tırnaklar da
keratinden oluşurlar. Fakat bunlar daha fazla sülfür köprüsü ile
çaprazlama bağlıdırlar. Bu çaprazlama bağ, keratinin daha fazla
işlenmiş olduğunu gösterir. Bu durumda meydana gelen molekül
daha kuvvetlenir ve sertleşir. Tırnak ve pençelerin sert olmasının
nedeni budur.
Omurgalılar
deri yapımında kullanılan ve canlı hücre
tabakalarından meydana gelen bir kalın iç deri tabakası ile,
bir ölü hücre tabakasından meydana gelen bir kalın iç deri
tabakası ile, bir ölü hücre tabakasıyla son bulun bir ikinci ince
deri tabakasına sahiptir. Bu ölü hücreler zamanla aşınarak
dökülür veya birikerek boynuz, bağa, pençe, toynak ve pul
oluşumlarını meydana getirir. Uzantıların sertleşmesi ve
yoğunlaşması ölü hücreler içerisinde çoğalan keratin
sayesinde gerçekleşmektedir. Keratinleşme denilen bu olay
yoğun su kaybı ile son bulur. Keratinleşme geçiren bir hücre
içerisinde yüzlerce keratin lifi amorf bir keratin dokusuyla
birbirine yapışır.
Genleşme sonrasında liflerin orijinal boyutlarına dönmesine
“hafıza etkisi” denmektedir. Keratin liflerinin, ıslatılmalarıyla %
100’e varan genleşmeden sonra kuruma sonrasında orijinal
boyutlarına dönebildikleri gözlenmiştir. Bu hafıza etkisi keratin
içerisinde yer alan çapraz bağların azlığı ile doğru orantılıdır.
İpek de keratin moleküllerinden oluşur. Pek çok
böcek ve örümcek tarafından salgılanan
katılaşmış bir sıvı olan ipeği oluşturan
keratin molekülleri diğer maddelerdekinin
aksine sarmal biçimde değillerdir. Bunun
yerine
birbirlerinin
üzerine
yığılarak
bağlanmış sert amino asit levhaları
oluştururlar.
İpeğin
yüzeyine
dokunduğumuzda
bu
düz
yapıyı
hissedebiliriz.
Keratin çeşitli özelliklerinden dolayı oldukça
farklı yerlerde kullanılabilmekte, birbiriyle
ilgisiz pek çok malzemenin ana maddesini
oluşturmaktadır. Örneğin, deri ile tırnak
birbirlerinden farklı maddelerdir. Yün ise
bunlardan çok farklı bir özelliğe sahiptir.
Ama hepsi keratinden oluşmuştur ve hepsi
keratinin kendine has özellikleri nedeni ile
çeşitli nitelikler edinirler. Örneğin saçın ve
derinin esnek olması önemlidir. Ama
tırnaklar sert olmalıdır. İpeğin pürüzsüz bir
görünüm verebilmesi için yapısının düz
olması gerekmektedir.
Bütün bunlarda dikkat çeken ise keratinin
tüm bu maddelerde "koruyucu" olarak
ön plana çıkıyor olmasıdır. Deriyi
koruyan madde keratindir. Derinin ne
kadar korunaklı ve özel bir malzeme
olduğu bilinmektedir. Keratin, kendine
has moleküler yapısı ile deriyi dış etkilere
karşı korunaklı bir hale getirir, derinin
yapısını özel bir şekilde belirler. Bir örnek
vermek gerekirse derinin gözenekli
yapısı insanın hayatta kalabilmesi için
son derece önemlidir. Bu gözenekli
yapının olmaması durumunda vücuttaki
fazla ısı ve suyun dışarı çıkması mümkün
olmaz ve insan ateşlenerek ölür.
Keratin bu gözenekli yapının temelini oluşturur. Sürekli olarak dışarıdaki ortamla
ve çeşitli zararlı mikroorganizmalarla muhatap olan deri, bütün bunlara karşı
koyabilecek yapıyı keratin sayesinde kazanmıştır. Aynı şekilde saçların ve
tırnakların korunması da bu özel molekülün işlevlerine bağlıdır.
En yüksek sülfür çapraz bağlarına
sahip olan keratin tüm yarı kristal
polimerler gibi sıvıları şekilsiz (amorf)
dokularının içerisine absorbe eder.
Yün % 100 RH (bağıl nem)
ortamında %33 oranında su içerir.
Suya daldırılan yünlerde bu oran
%200’e
kadar
çıkabilmektedir.
Emilen suyun yol açtığı şişme alkali
ortamlarda (pH 7’nin üzerinde) ve
% 20’nin üzerinde oluşan tüm
hacim artışlarında kovelent ve
hidrojen
bağlarında
kayıplar
meydana gelir.
Kuruma ile beraber dokunun ağırlığı ve hacmi orijinal boyutlarına
döner, ancak yok olan kovalent bağlar yapının mekanik
dayanıklılığında geriye dönülmez zayıflamalar yaratır.

Keratin Bozulması:
Yan amino asitleri yüzünden keratinin oldukça yüksek bir
kimyasal aktivitesi bulunmaktadır. Hidroliz, oksidasyon,
indirgenme, esterleşme, alkanlaşma vb. bu aktivitelere örnek
olarak sayılabilir.
Alkaliler disülfit bağları ve belli amino asitleri yok ederek, hidroliz
aracılığıyla proteini tek bir amino asit türüne dönüştürecek
şekilde parçalar. Sodyum hidroksit ve potasyum hidroksit
keratinin çözülmesine neden olurken, amonyak ve sodyum
karbonat keratin yapısını çok az etkiler. Organik asitlere
dayanıklı olan keratin, uzun kaynama periyotları sonrasında
mineral asitlerin hidrolizlerine karşı çok zayıflar.
I.1.C. YAĞLAR
Dünyadaki
canlılardaki
temel
organik bileşiklerden biri de
lipitlerdir. Lipitler oyil ve yağlar
olmak üzere ikiye ayrılır. Yağlar
oda sıcaklığında katı halde
bulunan lipitler, oyiller ise gene
oda sıcaklığında
sıvı halde
bulunan lipitlerdir. Lipitleri diğer
maddelerden ayıran en önemli
özellik suyla karışmamaları ve
diğer
lipitlerle
kolayca
karışmalarıdır.
Lipitler kutuplu bir yapıya sahip değildir. Bunun için suda
çözünmezler ya da çok az çözünürler. Eter, kloroform, benzen,
aseton gibi organik çözücülerde çözünebilirler. Lipitler yüksek
oranda hidrojen ve karbon içerdikleri halde diğer organik
maddelere göre çok daha az oranda oksijen içerirler.
Lipitlerin canlı vücudunda çeşitli görevleri vardır. Lipit
çeşitlerinden olan fosfolipitler, hücre zarının önemli bir
bileşenini oluşturur. Lipitler glikozla birleşerek glikolipitleri,
proteinlerle birleşerek lipoproteinleri oluşturur.
Yağlar zamanla, gömü koşullarına bağlı olarak, suyun etkisiyle
hidrolize uğrar ve gliserol içeriklerini kaybederek yağ asitlerine
dönüşür. Bu dönüşümün nedeni bugüne kadar tam olarak
belirlenememiştir. Bugüne kadar uzun bir zaman içerisinde ve
yalnızca suyun etkisiyle gerçekleştiği düşünülen hidrolizin
beklenilen süreden daha hızlı meydana gelmesi bazı
hızlandırıcı bakteri faaliyetlerinin varlığını akla getirir. Işık,
sıcaklık, oksijen ve gerekli katalizörler eşliğinde uygun şartları
bulunan doymamış yağ asitlerini içeren yağlar kendi kendine
oksitlenirler. Bu oksitlenme sonucunda yağlar bozulur. Bozulan
yağların lezzeti değiştiği gibi aynı zamanda peroksit türü
gruplar oluşur. Bozulma böyle oksidatif bir şekilde olduğu gibi
doymamış yağ asitlerinin çifte bağlarının oksidasyonu ile asit
teşkil edebilir.

Kaynakça:

Kryszkowska, 1990
Kryszkowska, O., Ivory and Relates
Materials An Illusrated Guide, London
1990.

Holtzapffel, 2000
Working Horn, Ivory and Tortoiseshell,
Portland 2000.

Sease, 1994
Sease, C., A Conservation Manual for
the Field Arcaeologist, Los Angeles
1994.

Williams, 2001
Williams, E. (ed.), Human remains:
Conservatio, Retreeval and Analysis,
Proceeding of a Conference Held in
Williamsburg, VA, Nov. 7-1 1999, London
2001.
,