Kimyasal evrim ve prebiyotik kimya

Yaşamın kökeninde bundan milyonlarca yıl önce oluşan prebiyotik tepkimeler yer alıyor. Onlarca yıldır bu prebiyotik tepkimelerin nasıl oluşmuş olabileceğine, mekanizmalarına dair pek çok yayın yapıldı ve yapılmakta. 

Scripps Araştırma Enstitüsünden araştırmacıların Nature Chemistry dergisinde yayımlanan çalışmaları da bunlardan biri. Bu çalışma belki de son yılların en önemli çalışmalarından. 

Prebiyotik fosforilasyon tepkimelerinin (moleküllere fosfat gruplarının eklenmesi) yaşamın kökenini oluşturan moleküllerin oluşumunda önemli bir basamak olduğu yıllardır biliniyor. Fosfat DNA ve RNA’nın, hücre zarını oluşturan fosfolipidlerin (yağların), solunum, fotosentez gibi ana metabolik olaylarda yer alan proteinlerin, enerji depolayan molekülümüz ATP’nin yapısında bulunuyor.

Çeşitli proteinlerin etkinliğinin kontrolünde de fosforilasyon önemli bir mekanizma. Proteinlere başka enzimler tarafından eklenen ve proteinden çıkarılan fosfat grupları proteini, tıpkı lambayı açıp kapatan bir elektrik anahtarı gibi açıp kapatıyor. Yaşamın önemli moleküllerinin ve hücrenin önemli metabolik olaylarının merkezinde fosforilasyon bulunuyor.

Daha önceki çalışmalar, fosforilasyon tepkimelerinin farklı koşullarda suyun olmadığı, farklı farklı başlangıç kimyasallarını kullanarak bu molekülleri oluşturabildiğini göstermişti. Ancak aynı koşullar altında, benzer başlangıç kimyasallarının tepkimeye girmesiyle bu yapı taşlarının ya da daha karmaşık moleküllerin oluşabileceği gösterilmemişti. İşte bu yeni çalışma, trimetafosfattan oluşan diamidofosfat’ı (DAP), öncü moleküllerle aynı/benzer koşullarda hem çözelti olarak hem de macun halinde suyun varlığında tepkimeye sokarak yaşamın temel molekülleri olan DNA, RNA, polipeptid (protein) ve lipozomların oluşabildiğini gösterdi.

Lipozomlar, hücremizin plazma zarına benzer yapılardır. Fosfolipidlerin suyu sevmeyen kuyruklarının sudan kaçacak şekilde halka gibi dizilerek hücreye benzer bir bölüm oluşturmasıyla ortaya çıkarlar. Gliserinin kısa zincir yağ asitleri ile DAP’ın yol açtığı fosforilasyonu ve esterifikasyonu hücreye benzer lipozomların oluşmasını sağladı. Araştırma ekibi, DAP’ın glisin, aspartat ve glutamat gibi aminoasitlerle olan tepkimesinin polipeptidlerin oluşmasına yol açtığını gösterdi. 

DAP’ın yaşamın temel molekülleri ile makromoleküllerini çok benzer koşullar altında oluşturabilecek kapasitede bir molekül. Bundan milyonlarca yıl önce dünyanın o günkü koşullarında, yaşamsal yapı taşlarının daha büyük makromolekülleri benzer kimyasalları ve koşulları kullanarak oluşturması da Scripps Araştırma Enstitüsü araştırmacılarının gösterdiği gibi hiç de hayal değil.