Prebiyotik çorbadan ilk hücrenin oluşumuna: Yeni mekanizmalar

Oparin ve Haldane’nin bundan yaklaşık yüzyıl önce birbirlerinden bağımsız ve eş zamanlı olarak ortaya attıkları ve kendi isimleriyle anılan Oparin-Haldane hipotezi dünya üzerinde var olan kimyasal moleküllerden canlılığın ortaya çıkışının mümkün ve olanaklı olduğunu söyler. Biyokimyacı Oparin 1924 yılında yayımlanan Yaşamın Kökeni isimli kitabında şöyle yazıyor: “Bugün bilmediklerimizi yarın biliyor olacağız. Büyük bir biyologlar ordusu canlı maddenin yapısını ve organizasyonunu araştırırken, azımsanamayacak sayıda fizikçi ve kimyacı da cansız şeylerin yeni özelliklerini açığa çıkarmakta. Tıpkı bir tünelin iki zıt ucundan kazan işçiler gibi onlar da aynı amaç için çalışmaktalar. Çalışma şimdiden uzun bir mesafe katetti ve çok yakında canlı ve cansız arasındaki son bariyerler de sabırlı ve güçlü bilimsel düşüncenin saldırısı ile çatırdayacak”.* Oparin ve Haldane’in hipotezlerine ilk kanıt 1953 yılında Miller ve Urey deneylerinden gelir. Miller ve Urey kurdukları deney düzenekleriyle ilkel dünya koşullarını taklit ederek; su, karbondioksit ve metandan, bazı basit şeker ve aminoasitleri elde etmeyi başardılar. Bugün bilim ve teknolojinin hızla ilerlediği, bunun sonucunda bilimsel bilginin de kendisini hızla güncellendiği bir dönemdeyiz. Bununla birlikte kimyasal evrim, biyofizik ve biyokimya alanlarında çalışan pek çok bilimci yaşamın daha basit moleküllerden ortaya çıkış koşullarını ve bunları ortaya çıkaran mekanizmaları yeni teknolojileri kullanarak çözmeye çalışıyor. Bu konuda bir hayli yol katettiğimizi söylemeliyiz.  

Geçtiğimiz ay ve bu ay saygın bilim dergilerinden olan Nature ve PNAS’de yayımlanan iki yeni çalışma yaşamın ve hücrenin ortaya çıkışına dair yeni bulguları ortaya koydu.**-*** Bunlardan ilki temmuz ayında Nature dergisinde UCL araştırmacıları tarafından yayımlanan çalışma. Bu çalışmada araştırmacılar aminoasitlerin öncüllerinden ligasyon tepkimesi ile alfa peptidleri sentezlemeyi başardı. Bildiğiniz gibi peptidler aminoasitlerin peptid bağı ile birleşmesi sonucu ortaya çıkan kısa protein zincirleridir ve 2 ila 50 aminoasitten oluşurlar. Bugüne kadar yaşamın ilk moleküllerinden aminoasitlerin oluştuğu ve bu aminoasitlerden de peptid ve proteinlerin ortaya çıktığı varsayılmaktaydı ve araştırmalar daha çok bu yönde yapılmaktaydı. Ancak şöylesi bir sorun vardı. Laboratuvar koşullarında özel mekanizmalar kullanarak aminoasitleri bir araya getirip proteinleri rahatça oluşturabiliyoruz ancak bu tepkimeler hem o kadar verimli değil hem de ilkel dünyanın o dönemki koşullarında oluşmalarının oldukça zor olduğu düşünülüyor. Kullanışlı bir aminoasil thioester reaksiyonu henüz keşfedilemedi. UCL araştırmacıları bir adım daha geriye giderek aminoasitlerin de yapıtaşı olan kimyasalları, aminonitrilleri kullanarak -ki bu bileşiklerin ilkel dünyada bol olduğu düşünülmekte- su içinde peptid sentezi yapmayı başardı. Bu tepkimelerde hidrojen sülfid, thioasetat, ferrik siyanid ya da siyanoasetilen kullanıldı.  Araştırmacılar söylediklerine göre bu sentezi “nazikçe” volkanik gaz kullanarak gerçekleştirdiler.**** Bu sentez tepkimesi için ağır bir katalizöre ve ağır çevre koşullarına da ihtiyaç kalmamıştı. Aminoasitler yapıtaşı olarak kullanılmaksızın, doğrudan aminonitrillerden peptid sentezi, yaşamın ortaya çıkışı için önemli bir mekanizma olarak önümüzde durmakta.

İkinci çalışma geçtiğimiz hafta PNAS’de yayımlandı ve ilk hücrenin oluşumda hücre zarının oluştuktan ve içine diğer yüklü molekülleri aldıktan sonra nasıl kararlı halde kaldığı sorusuna ışık tutmakta. ***** Çalışmayı yürüten ekip daha önce RNA moleküllerinin yağ asitlerinden oluşan hücre zarına bağlanarak zar yapısını ortamdaki tuzların zararlı etkilerinden koruyarak, kararlı hale getirdiğini göstermişti. Ekip aynı şekilde proteinlerin de zar yapısını kararlı hale getirdiğini ışık mikroskobu, elektron mikroskobu ve spektroskopik yöntemler kullanarak kanıtladı. Araştırmacılar on farklı aminoasidi denediler. Onların sonuçları, bazı aminoasitlerin zara bağlanarak, zarı kararlı hale getirdiğini gösterdi. Bunun yanında bazı aminoasitler iç içe geçmiş çoklu zar yapılarının oluşmasını da tetikleyebiliyordu (mitokondri, kloroplastlardaki üst üste bulunan zar yapılarını hatırlayın).  Magnezyum gibi tuzlar hücrede pek çok protein ve enzimin işlevi için gerekli ancak yine bu tuzlar hücre zarını parçalayıcı özelliğe de sahip. Araştırma ekibi, RNA, protein gibi moleküllerin hücre içindeki derişimleri ve hücre içinde belli yerlerde kümelenmelerinin hücre zarını magnezyum gibi iyonların parçalayıcı etkisinden koruduğunu söylemekte. Araştırmacılar bu kümelenmeyi şöyle bir benzetme ile açıklıyor: Tenis ve beyzbol toplarını düşünün. Hücre zarının bir bölgesine cırt cırt koyduğunuzu ve topları karışık halde hücre içine koyarak, iyice çalkalayın. Tenis topları elbette kumaşsı yüzeyleri nedeniyle cırt cırtlı bölgede yoğunlaşacaktır. Diğer toplar ise hücre içinde başka yerlere dağılacaktır. İşte bu cırt cırt gibi hücre zarının yüzeyinde de proteinleri ya da RNA moleküllerini yoğunlaştıracak farklı yüzeyler bulunabilir ve buralarda bu moleküllerin kümelenmeleri tetiklenebilir. Bu kümelenmenin sonucu olarak da, hücre zarının kararlılığı artabilir ve burada yoğunlaşan moleküllerin birbiriyle, zarla ve diğer moleküllerle etkileşimleri hücre içindeki işlevlerini belirler. Her iki çalışma da ortaya koydukları mekanizmalar açısından oldukça önemli.