Araştırma Sınırları Zorluyor: Erken Dünya’da Pentoz Şeker Sentezi ve Yaşamın Gizemli Başlangıcı

Araştırma Sınırları Zorluyor: Erken Dünya'da Pentoz Şeker Sentezi ve Yaşamın Gizemli Başlangıcı

Araştırma Sınırları Zorluyor: Erken Dünya’da Pentoz Şeker Sentezi ve Yaşamın Gizemli Başlangıcı

Pentoz karbonhidratlar modern yaşam formlarının metabolizması için gereklidir, ancak bu moleküller kararsız oldukları için Dünya’nın erken dönemlerinde kullanılabilirlikleri bilinmiyordu.
Tokyo Teknoloji Enstitüsü Dünya-Yaşam Bilimleri Enstitüsü (ELSI) tarafından yürütülen ve JACS Au’da yayınlanan yeni bir çalışma, C6 aldonatların enzimlere ihtiyaç duymadan pentoz kaynağı sağladığı erken Dünya koşullarına uyarlanmış kimyasal bir yolu ortaya koyuyor. Bu keşif ilkel biyokimyaya dair ipuçları sunmakta ve bizi yaşamın kökenini anlamaya yaklaştırmaktadır.



Dünya üzerindeki yaşamın basit kimyasallardan ortaya çıkışı, biyokimyanın ve belki de tüm bilimin en heyecan verici ama bir o kadar da zorlu konularından biridir. Modern yaşam formları, karmaşık kimyasal ağlar aracılığıyla besinleri her türlü bileşiğe dönüştürebilmektedir. Dahası, çok spesifik dönüşümleri katalize etmek için enzimleri kullanabilir ve hangi moleküllerin üretileceği üzerinde çok ince bir kontrole sahip olabilirler.

Ancak, yaşam ortaya çıkmadan ve daha sofistike hale gelmeden önce enzimler mevcut değildi. Bu nedenle, Dünya tarihinin daha erken bir noktasında, çevresel besinleri ilkel hücre benzeri işlevleri destekleyen bileşiklere dönüştürebilen çeşitli enzimatik olmayan kimyasal ağların var olması muhtemeldir.

Pentozların sentezi yukarıdaki senaryonun önemli bir örneğidir. Sadece beş karbon atomu içeren bu basit şekerler, RNA’nın ve bildiğimiz yaşam için gerekli olan diğer moleküllerin temel yapı taşlarıdır. Bilim insanları pentozların yaşamın başlangıcından önce üretilmiş olabileceği çeşitli yollar önermiş ve analiz etmişlerdir, ancak mevcut teori şu soruyu akla getirmektedir: eğer bu bileşiklerin çok kısa bir ömrü varsa, pentozlar yaşamdan önceki reaksiyonlara katılmak için yeterli miktarlarda nasıl birikebilir? yaşam öncesi reaksiyonlara katılabilir mi? Bu bileşiklerin yaşam süreleri bu kadar kısaysa, pentozlar yaşam öncesi reaksiyonlara katılmak için yeterli miktarlarda nasıl birikebilir? İşte soru.

Bu soruyu yanıtlamak için, ELSI araştırmacısı Li Ruqin liderliğindeki bir araştırma ekibi, Dünya’nın erken dönemlerinde pentozların kökeni ve sürekli tedariki için alternatif bir açıklama bulmak üzere yola çıktı. Ekip, kararlı 6 karbonlu karbonhidratlar olan C6 aldonatların çeşitli prebiyotik şeker kaynaklarından biriktirildiği ve pentozlara dönüştürüldüğü enzimsiz bir kimyasal ağı araştırdı.

Önerilen kimyasal yol glukonik asit ile başlamaktadır. Glukonik asit kararlı bir C6 aldonattır ve Dünya’nın erken dönemlerinden bilinen temel şekerlerin prebiyotik dönüşümü ile kolayca elde edilebilir. Bir sonraki adım, C6-aldonik asidin seçici olmayan oksidasyonla üronik aside dönüştürülmesidir. Buradaki ‘seçici olmayan’ ifadesi, oksidasyon sürecinin aldonik asit yapısındaki farklı karbon atomları arasında ayrım yapmadığı ve beş oksidasyon olasılığı bıraktığı anlamına geliyor.

Araştırmacılar, reaksiyon ağının ayrıntılarını anlamak için deneysel ve teorik analizlerle farklı oksidasyon ürünlerini inceledi.

İlginç bir şekilde, oksidasyonun gerçekleştiği her yerde, üretilen üronik asit bileşiklerinin, belirli bir 3-okso-üronik asit bileşiği oluşana kadar her zaman ‘karbonil geçişi’ olarak bilinen molekül içi bir dönüşümden geçebileceğini buldular. Bu duruma ulaşıldığında 3-okso-uronik asit, H2O2 ve demir katalizi varlığında β-dekarboksilasyon yoluyla kolayca pentozlara dönüştürülür.

Tüm bu karmaşık reaksiyon ağını kurup test ettikten sonra, araştırmacılar bunun modern biyokimyasal yollarla önemli benzerlikler taşıdığını fark etti.

‘Metabolizmanın temel yollarından biri olan pentoz fosfat yolunun ilk adımlarını anımsatan kimyasal dönüşümlere dayanan 5 karbonlu şekerler için enzimatik olmayan bir sentetik yol gösterdik’.

Bu sonuçlar, prebiyotik şeker sentezinin mevcut biyokimyasal yollarla örtüşebileceğini göstermektedir. Modern metabolizmada şekerlerin yaygın kullanımı göz önüne alındığında, önerilen reaksiyon ağı ilk yaşam benzeri sistemlerin ortaya çıkması için önemli olabilir. Bu çalışmanın sonuçları astrokimya ve astrobiyoloji açısından önemlidir: 1969 yılında Dünya’ya düşen ünlü karbonlu Murchison meteoriti aldonatlar açısından zengindi.

Ancak, modern biyolojik sistemlerde bulunan tipik karbonhidratlar bu meteoritte mevcut değildi. Bu durum aldonatların dünya dışı koşullar altında oluşup birikebileceğini ve bu çalışmanın yaşamın yapı taşlarının kökeninde önemli bir rol oynayabileceğini düşündürmektedir. ‘Bu araştırmanın, aldonatların incelenmesine odaklanan bir sonraki astrobiyoloji dalgasını oluşturacağını umuyoruz’.

Ekip şimdi C6 aldonatların Dünya’nın erken dönemlerinde birikip birikmediğine ve ilkel metabolizmanın ortaya çıkması için ‘besin’ sağlayıp sağlamadığına odaklanacak. Baş araştırmacı Li Ruiqin şunları söylüyor: ‘Bu aldonatların Formose reaksiyonu ve Kiriani-Fischer faz asimilasyon reaksiyonu gibi klasik prebiyotik şeker reaksiyonları tarafından nasıl üretildiğini daha iyi anlamak istiyoruz.

Özellikle bu klasik prebiyotik şeker reaksiyonları modern metabolizmada bulunmadığından, önerilen enzimatik olmayan yol, erken şekerler ile erken yaşam formlarının teorik olarak kullandığı karbonhidratlar arasında çok ihtiyaç duyulan bir köprü sağlayabilir.

Derleyen: Deniz KAFKAS

Kaynak: Araştırma Sınırları Zorluyor: Erken Dünya’da Pentoz Şeker Sentezi ve Yaşamın Gizemli Başlangıcı

Gelecek Neden Düşündüğünüz Yerde Olmayabilir?

Bir yanıt yazın

Bu site, istenmeyenleri azaltmak için Akismet kullanıyor. Yorum verilerinizin nasıl işlendiği hakkında daha fazla bilgi edinin.

Çok Okunan Yazılar