Bilim İnsanları Yaşamın İlk Reaksiyonlarını Araştırdı
Dört milyar yıl önce, Dünya şu ankinden çok farklıydı. Yaşamdan yoksun ve büyük bir okyanusla kaplıydı. Milyonlarca yıllık sürecin ardından, yaşam ortaya çıktı. Araştırmacılar, moleküllerin bu geçişi hızlandırmak için nasıl bir araya geldiğiyle alakalı uzun süre çalışmalar yaptı. Scripps Araştırma’dan bilim insanları bu konuya ilişkin yeni bir çalışma ortaya koydular; DNA ve protein bloklarının oluşmasında kullanılan, amino asit ve nükleik asidin üretilmesinde siyanür, amino asit ve karbondioksit ile gerçekleşen kimyasal reaksiyon dizileri.
Scripps Araştırma’da Kimya Profesörü ve 28 Temmuz 2022’de yayınlanan çalışmanın baş yazarı PhD Ramanarayanan Krishnamurthy, “Prebiyotikten biyotik kimyaya uzanan yeni bir paradigma bulduk. Bahsettiğimiz reaksiyonların, Dünya’nın erken tarihinde de rol oynadığını düşünüyoruz” dedi.
Bu paradigma araştırmacılara Dünya’nın ilk zamanlarında gerçekleşen reaksiyonlar hakkında fikir vermenin yanı sıra, maliyeti uygun olan ham materyallerden özel etiketli biyomoleküllerin üretilmesi gibi bazı üretim süreçlerinde de yardımcı olacaktır.
Bu yılın başlarında, Krishnamurthy’nin grubu, siyanürün prebiyotik molekülleri ve suyu yaşam için gerekli olan temel organik bileşiklere dönüştürürken gerçekleşen kimyasal reaksiyonların nasıl olduğunu gösterdi.
Daha önce önerilen reaksiyonların aksine, bu reaksiyonlar oda sıcaklığında ve geniş bir pH aralığında çalışmaktadır. Araştırmacılar, aynı koşullarda, bilinen tüm canlı hücrelerde proteinleri oluşturan daha karmaşık moleküller olan amino asitleri üretmenin bir yolu olup olmadığını merak ettiler.
Günümüzde hücrelerin amino asitleri, hem azotu hem de enzim denilen özel proteinleri kullanarak hazırlanan α-keto asitlerinden üretilir. Araştırmacılar, α-keto asitlerinin muhtemelen Dünya tarihinin erken dönemlerinde de var olduğuna dair kanıtlar buldu. Ancak dönüşümü gerçekleştirecek enzimlerin Dünya’nın erken tarihinde henüz mevcut olmadığını varsayarak, birçoğu; hücresel yaşamın ortaya çıkmasından önce, amino asitlerin α-keto asitleri yerine, tamamen farklı maddeler olan aldehitlerden üretilmiş olması gerektiğini düşündüler. Bu fikir, amino asitlerin oluşması için anahtar bileşen olarak aldehitlerden α-keto asitlere geçişin nasıl ve ne zaman gerçekleştiği konusunda tartışmalara yol açtı.
Diğer kimyasal reaksiyonları gerçekleştirmek için siyanür kullanma fikriyle elde ettikleri başarılarından sonra, Krishnamurthy ve meslektaşları, siyanürün enzimler olmadan bile, α-keto asitlerini amino asitlere dönüştürmeye yardımcı olabileceğini düşündüler. Azotun bir şekilde gerekli olacağını bildikleri için, amonyak eklediler. Amonyak eklemelerinin nedeni, erken dünyada bulunabilecek bir azot formu olmasıydı. Daha sonra, deneme yanılma yoluyla, üçüncü bir anahtar bileşen keşfettiler: karbondioksit. Bu karışımla, hızla amino asitlerin oluştuğunu görmeye başladılar.
Krishnamurthy, “Bunun oldukça zor olmasını bekliyorduk, ancak hayal ettiğimizden daha da basit oldu. Sadece keto asit, siyanür ve amonyağı karıştırırsanız işe yaramaz. Ancak karbondioksit eklerseniz, eser miktarda olsa bile, reaksiyonun hızlandığını görebilirsiniz” dedi.
Araştırmacılar, yaşamın ilk reaksiyonlarının farklı reaksiyonlardan ziyade, bugün hücrelerde gerçekleşen reaksiyona benzer olmasının doğru bir kaynak olduğunu savunmaktadır. Bu benzerlik, reaksiyonda protein yerine siyanürün kullanılmasıyla ayırt edilebilir. Araştırma ayrıca, karbondioksitin erken yaşam için önemi hakkında uzun süredir devam eden tartışmanın iki tarafını bir araya getirmeye yardımcı olmaktadır. Karbondioksitin önemli olduğunu ancak bu önemin yalnızca diğer moleküllerle kombinasyon halinde ortaya çıktığını göstermektedir.
Kimyasal çorba da denilebilecek bu paradigmanın inceleme sürecinde, Krishnamurthy’nin grubu, aynı reaksiyonun bir yan ürününün, DNA ve RNA’yı oluşturan nükleotidlerin öncüsü olan orotat olduğunu keşfetmiştir. Bu da çorbanın, doğru koşullarda, yaşamın temel unsurları için gerekli olan çok sayıda moleküle yol açmış olabileceğini düşündürmektedir.
Krishnamurthy, “Bundan sonra yapmak istediğimiz şey, bu karışımdan ne tür bir kimyanın ortaya çıkabileceğini araştırmaya devam etmektir. Amino asitler küçük proteinler oluşturmaya başlayabilir mi? Bu proteinlerden biri geri gelip bu amino asitlerden daha fazlasını yapmak için bir enzim olarak hareket eder mi?” diyerek, araştırmalarının ilerleyişinden bahsetti.
Bu çalışma, NSF Kimyasal Evrim Merkezi, NASA Exzobiyoloji ve Simons Vakfı tarafından desteklenmiştir.
Kaynak : sciencedaily.com