Hayat, hücre onarımından bağışıklık savunmasına kadar birçok işlev için proteinlere ihtiyaç duyar. Bilim insanları, erkenden hücrelerin karmaşık mekanizması olmadan ilk proteinlerin nasıl oluştuğunu uzun zamandır sorguluyorlar. Yeni bir araştırma, suya dost bir reaksiyonun ilk bileşenleri birleştirerek protein yapımına giden ilk adımları artırdığını bildirmiştir.
Projenin liderliğini, Öncelikle öncü kimya üzerine çalışan Londra Üniversitesi College London (UCL) profesörü Matthew Powner yürütmüştür. Araştırmacılar, “Hayatın işlevsel merkezinde, nükleik asitler ve proteinler arasında karmaşık ve ayrılmaz bir etkileşim bulunmaktadır; ancak bu ilişkinin kökeni hâlâ bir gizemdir.” demiştir.
Proteinleri Oluşturan Moleküller
Araştırma ekibi, genetik bilgiyi depolayan ve transfer eden, ayrıca reaksiyonları katalize edebilen RNA moleküllerinin, amino asitler ile kimyasal olarak bağlı hale gelebileceğini göstermiştir. Bu küçük moleküller, proteinleri inşa eder ve bağlantı, suda hafif koşullar altında gerçekleşmektedir. Araştırmacılar, amino asitlerini ekstra enerji içeren daha reaktif bir forma dönüştürerek, bu enerji dolu amino asitleri RNA’nın belirli bölgelerine bağlamıştır; bu işlem, enzimlere ihtiyaç duymadan gerçekleşmiştir. Bu reaksiyon, bir çift sarmallı RNA’nın uç kısımlarını iç kısmına tercih etmesi ile rastgele kimyanın sıralamanın karışmasına neden olmasını engellemektedir. Uzmanlar, birkaç amino asit için güçlü verim oranları bildirmiştir; bu oran, argininin adenosinle bağlandığı durumlarda %76’ya kadar ulaşmıştır.
Kükürt Kimyası Kökenleri Sürükler
-Tiyol, metabolizmada yaygın olan ve genellikle kükürt içeren bir bileşiktir. Tiyollerden yapılan tioesterler, modern hücrelerde birçok reaksiyonu güçlendirir. Tioester kullanmak, erken Dünya’da kimyasal mantıklı bir seçimdir çünkü bu maddeler, suda hızlıca dağılmadan tepki verebilir ve protein ile ilgili kimyayı destekleyebilirler. Daha önceki çalışmalar, günümüzde biyolojik tioesterler üreten Koenzim A’nın aktif bir parçası olan pantenin ‘in, su altında önbiyotik koşullar altında oluşabileceğini göstermiştir. Bu çalışma, yaşam başlamadan önce aynı tür kükürt kimyasının mevcut olduğuna dair fikirleri desteklemektedir.
Bu yeni sonuç, enerji zengini kimyayı amino asitlerin RNA tarafından işlenmesi ile birleştirmektedir. Bu, metabolizmal reaksiyonlar ile bilgi taşıyıcıları arasında bağlantı sağlamakta ve yaşamın kökenleri araştırması için gereken köprüyü oluşturmuştur.
Tüm Canlı Hücrelerde Bulunan Moleküller
Ekibin keşfettiği bir anahtar, iki farklı adımın kontrolünü sağlamaktadır. Birinci adımda, tioesterler amino asidin RNA’ya bağlanmasını sağlamaktadır; bu işlem nötral pH’da sudaki aminoasyl RNA’yı oluşturmaktadır. İkinci adımda ise tioasitlere dönüşüm ve hafif bir oksidan eklenmesi, peptid bağı oluşumunu teşvik etmekte, böylece çok yüksek verimle peptidyl RNA üretmektedir. Peptitler, genellikle iki ila 50 birim uzunluğunda, kısa amino asit zincirleridir; daha büyük ve katlanmış zincirler ise proteinleri oluşturur. Peptidyl RNA’nın üretilmesi, RNA bağlı amino asitlerin kısa zincirlere genişletilebileceğini gösterir ki bu da protein benzeri işlevselliğe doğru gerekli bir adımdır.
UCL Kimya bölümünden Dr. Jyoti Singh, “Bu çalışmada kullanılan aktif amino asidin bir tioester olması, tüm canlı hücrelerde bulunan Koenzim A’dan meydana gelmiş bir molekül tipidir. Bu buluş, metabolizmayı, genetik kodu ve protein inşasını birbirine bağlama potansiyeline sahip olabilir.” demiştir.
Nötr Sular Proteini Ateşler
Kimya, nötral pH’da sularda çalışırken, bu durum havuzlar, göletler veya ıslak kıyılar açısından işaret eder; açık okyanuslar yerine. Küçük su kütlelerinde konsantrasyonların daha yüksek olabileceği ve minerallerin molekülleri organize etmeye yardımcı olabileceği düşünülmektedir. Dondurmak ve konsantrasyon döngüleri de yardımcı olabilir. Araştırmacılar, 19°F civarı eutektik buz koşullarında etkili aminoasylasyonu gözlemlemiştir. Bu ortamda, buz tuzu dışarı atar ve çözücüler brinelerde yoğunlaşır; bu da tepkimeleri hızlandırmadan sert reaktörler kullanmadan gerçekleşir.
Profesör Powner, “Bu reaksiyonun erken Dünya’da gerçekleşme ihtimali oldukça yüksek.” demiştir. Bu değerlendirme, kimyanın hafif gereksinimlerini ve suyla uyumlu doğasını yansıtmaktadır.
Kimya ve Biyoloji Arasında Köprü
Modern hücreler, ribozom adındaki ribonükleoprotein makinası aracılığıyla proteinleri üretmektedir. Bu, mRNA’yı okumakta ve transfer RNA’ların yardımıyla amino asitleri birleştirmektedir. Yeni kimya, RNA’nın amino asitleri proteinsiz bir şekilde yönetmesine olanak tanımaktadır ve bu da yumurta mı tavuk mu sorunsalını kolaylaştırmaktadır. Daha önceki bir çalışma, RNA ve kısa peptitlerin birlikte evrimleştiği bir RNA-peptit dünyası önerilmiştir; bu da büyüyüp işlevsel seçim yapabilecek kimera moleküllerinin oluşmasını sağlar. Mevcut sonuç, RNA’nın suda amino asitleri kazandığı ve genişlettiği makul bir yol sunmaktadır.
Modern Genetik Kod
Genetik kod, RNA üçlülerini amino asitlere eşleyen kural setidir. Bu kimya, RNA uçlarında bağlanmayı öncelikli kılarak ve çift sarmal kontrol altına alarak, dizilimlerin spesifik eşleşmesini nasıl kodlanabileceğine dair ipuçları sunmaktadır. Araştırmacılar, spesifik RNA dizilerini belirli amino asitlerle eşleştiren dizilim tercihlerinin gerekliliğine işaret etmektedir. Başarı, erken RNA’nın basit kurallar kullanarak peptid dizilerini biçimlendirebilmesi gerektiğini gösterebilir; bu da evrimin tam donanımlı ribozomu ve modern kodu geliştirmesi için bir temel oluşturur.
Bu çalışma, Nature dergisinde yayınlanmıştır.
