Dünya’daki Yaşamın Kökenine Dair Yeni İpucu
Bilim insanları, yaklaşık dört milyar yıl önce yaşamı harekete geçirmiş olabilecek kritik bir adımı yeniden canlandırdı.
Proteinlerin yapı taşları olan amino asitlerin, Dünya’nın erken dönemlerinde RNA ile kendiliğinden nasıl birleşebileceğini göstererek, araştırmacılar biyolojinin kökenlerinde potansiyel bir kayıp halkayı ortaya çıkardılar.
Yaşamın Yapı Taşlarının Kökenleri
UCL’deki araştırmacılar, yaşamın iki temel bileşeni olan RNA (ribonükleik asit) ve amino asitlerin, yaklaşık dört milyar yıl önce yaşamın başlangıcında doğal olarak nasıl birleşmiş olabileceğini keşfettiler.
Amino asitler, yaşamın motorları olarak görev yapan ve neredeyse her biyolojik işlevi yürüten proteinlerin temel bileşenleridir. Ancak proteinler kendilerini kopyalayamaz veya kendi üretimleri için talimatlar üretemezler. Bu talimatlar, DNA’ya (deoksiribonükleik asit) yakın akraba bir molekül olan RNA’dan gelir.
Proteinler, RNA ve Yaşamın Planı
Nature dergisinde yayınlanan bulgulara göre, ekip, Dünya’nın erken dönemlerinde var olabilecek koşullara benzer koşullar altında amino asitleri RNA’ya başarıyla bağladı. Bilim insanları 1970’li yılların başından beri bu konuda çabalıyorlar ancak şu ana kadar başarılı olamadılar.
UCL Kimya Bölümü’nden kıdemli yazar Profesör Matthew Powner şöyle açıklıyor: “Yaşam, protein sentezleme yeteneğine dayanır; proteinler, yaşamın temel işlevsel molekülleridir. Protein sentezinin kökenini anlamak, yaşamın nereden geldiğini anlamak için temeldir.
“Çalışmamız, RNA’nın protein sentezini ilk olarak nasıl kontrol etmeye başladığını göstererek bu hedefe doğru atılmış büyük bir adımdır.
Protein Sentezini Anlamaya Doğru
“Günümüzde yaşam, protein sentezlemek için son derece karmaşık bir moleküler makine olan ribozomu kullanır. Bu makine, bir genin dizisini hücrenin DNA’sından ribozoma taşıyan haberci RNA’da yazılı kimyasal talimatlar gerektirir. Ribozom daha sonra, bir fabrika montaj hattı gibi, bu RNA’yı okur ve amino asitleri teker teker birleştirerek bir protein oluşturur.
“Bu karmaşık sürecin ilk bölümünü, amino asitleri RNA’ya bağlamak için nötr pH’lı suda çok basit bir kimya kullanarak başardık. Bu kimya kendiliğinden, seçicidir ve Dünya’nın ilk zamanlarında meydana gelmiş olabilir.”
Büyük Etkileri Olan Basit Kimya
Daha önce amino asitleri RNA’ya bağlama girişimlerinde oldukça reaktif moleküller kullanılmıştı, ancak bunlar suda parçalanıyor ve amino asitlerin RNA’ya bağlanmak yerine birbirleriyle reaksiyona girmesine neden oluyordu.
Yeni çalışma için araştırmacılar, yaşamın amino asitlerini reaktif bir forma dönüştürmek için daha nazik bir yöntem kullanarak biyolojiden ilham aldılar. Bu aktivasyon, yaşamın birçok biyokimyasal sürecinde önemli olan ve yaşamın başlangıcında rol oynadığı teorileştirilmiş, yüksek enerjili bir kimyasal bileşik olan bir tiyoesteri içeriyordu.[1]
Profesör Powner şunları söyledi: “Çalışmamız, yaşamın kökenine dair iki önemli teoriyi birleştiriyor: Kendini kopyalayan RNA’nın temel olduğu öne sürülen ‘RNA dünyası’ ve tiyoesterlerin yaşamın en erken formları için enerji kaynağı olarak görüldüğü ‘tiyoester dünyası’.”
Çatışan Köken Teorileri Arasında Köprü Kurmak
Bu tiyoesterleri oluşturmak için amino asitler, pantetein adı verilen kükürt içeren bir bileşikle reaksiyona giriyor. Geçen yıl aynı ekip, panteteinin Dünya benzeri erken koşullar altında sentezlenebileceğini gösteren bir makale yayınladı ve bu da panteteinin yaşamın kökeninde rol oynama olasılığının yüksek olduğunu öne sürdü.
Araştırmacılar, bir sonraki adımın, RNA dizilerinin belirli amino asitlere öncelikli olarak nasıl bağlanabileceğini ve RNA’nın protein sentezi talimatlarını kodlamaya nasıl başlayabileceğini belirlemek olduğunu söyledi – genetik kodun kökeni.
Profesör Powner, “Yaşamın kökenini tam olarak açıklayabilmemiz için üstesinden gelmemiz gereken çok sayıda sorun var, ancak en zorlu ve heyecan verici olanı protein sentezinin kökenleri olmaya devam ediyor,” dedi.
UCL Kimya’dan başyazar Dr. Jyoti Singh şunları söyledi: “Kimyagerlerin karbon, azot, hidrojen, oksijen ve kükürt atomlarından oluşan basit, küçük molekülleri alıp bu LEGO parçalarından kendi kendini kopyalayabilen moleküller oluşturduğu günü hayal edin. Bu, yaşamın kökeni sorusunu çözmeye doğru atılmış devasa bir adım olurdu.
“Çalışmamız, iki ilkel kimyasal LEGO parçasının (aktif amino asitler ve RNA) yaşam için gerekli olan kısa amino asit zincirleri olan peptitleri[2] nasıl oluşturabileceğini göstererek bizi bu hedefe bir adım daha yaklaştırıyor.
“Bu çalışmada kullanılan aktif amino asidin, tüm canlı hücrelerde bulunan bir kimyasal olan Koenzim A’dan yapılmış bir molekül türü olan bir tiyoester olması özellikle çığır açıcıdır. Bu keşif, metabolizmayı, genetik kodu ve protein yapımını birbirine bağlama potansiyeline sahiptir.”
Makale yalnızca kimyaya odaklansa da, araştırma ekibi, gösterdikleri reaksiyonların erken Dünya’daki su birikintilerinde veya göllerde gerçekleşmiş olabileceğini (ancak kimyasalların konsantrasyonlarının muhtemelen çok seyreltilmiş olması nedeniyle okyanuslarda gerçekleşme olasılığının düşük olduğunu) belirtti.
Reaksiyonlar, görünür ışık mikroskobuyla görülemeyecek kadar küçük olduğundan, moleküllerin yapısını incelemek için kullanılan çeşitli teknikler kullanılarak izlendi. Bunlar arasında atomların nasıl düzenlendiğini gösteren manyetik rezonans görüntüleme ve moleküllerin boyutunu gösteren kütle spektrometrisi de yer alıyor.
Notlar
Nobel ödüllü Christian de Duve, yaşamın bir “tiyoester dünyası” ile başladığını öne sürmüştür. Bu, yaşamın tiyoesterlerdeki enerjiyle çalışan kimyasal reaksiyonlarla başladığını öngören, metabolizma odaklı bir teoridir.
Peptitler genellikle iki ila 50 amino asitten oluşurken, proteinler daha büyüktür, genellikle yüzlerce hatta binlerce amino asit içerir ve üç boyutlu bir şekle katlanırlar. Araştırma ekibi, çalışmalarının bir parçası olarak, amino asitler RNA’ya yüklendikten sonra diğer amino asitlerle sentezlenerek peptitlerin nasıl oluşturulabileceğini göstermiştir.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Kimyagerler Meteoritte Amino Asitleri ve Yaşamın Diğer Yapı Taşlarını Gördüler