Yaşamın Kökeni: Bir Paradigma Değişimi

Thomas Carell liderliğindeki Ludwig Maximilian Münih Üniversitesi (LMU) kimyagerlerinin yeni bir teorisine göre, yaşamın daha karmaşık formlara evrimini harekete geçiren RNA ve peptitlerden oluşan yeni bir moleküler türüdür. Yaşamın, Dünya’nın başlarında nasıl ortaya çıkmış olabileceğini araştırmak, bilimin en büyüleyici meydan okumalarından biridir.

Yaşamın temel yapı taşlarının oluşması için hangi koşulların hakim olması gerekir?

Ana cevaplardan biri, 1986’da moleküler biyoloji öncüsü Walter Gilbert tarafından formüle edilen RNA dünyası kavramına dayanmaktadır.

Hipoteze göre, A, C, G ve U nükleik asitlerinin temel yapı taşları olan nükleotitler, ilkel değişimlerden ortaya çıktı ve nükleotidlerden kısa RNA molekülleri üretildi. Bu sözde oligonükleotitler, zaten küçük miktarlarda genetik bilgiyi kodlama yeteneğine sahipti.

Bu tür tek sarmallı RNA molekülleri çift sarmal halinde birleşebildiğinden, moleküllerin kendilerini kopyalayabileceği, yani çoğalabileceği teorik ihtimalini doğurdu. Her durumda sadece iki nükleotid birbirine uyar, yani bir iplik diğerinin tam karşılığıdır ve bu nedenle başka bir iplik için şablon oluşturur.

Evrim sürecinde bu replikasyon gelişebilir ve bir noktada daha karmaşık yaşamlar verebilirdi. Ludwig Maximilian Münih Üniversitesi’nde kimyager Thomas Carell, “RNA dünyası fikri, optimize edilmiş katalitik ve aynı zamanda bilgi kodlama özelliklerine sahip nükleik asitler gibi karmaşık biyomoleküllerin ortaya çıkabileceği bir yol çizmesi gibi büyük bir avantaja sahip” diyor. Bugün anladığımız şekliyle genetik materyal, nükleotitlerden oluşan, biraz değiştirilmiş, dayanıklı bir makromolekül formu olan DNA’nın çift sarmalından oluşur.

Ancak bu hipotezin sorunlu yanları da vardır. Örneğin, RNS(reactive nitrogen species) özellikle uzadığında çok kırılgan bir moleküldür. Ayrıca bildiğimiz gibi, genetik materyalin planlarını sağladığı proteinler dünyası ile RNA moleküllerinin bağlanmasının nasıl meydana geldiği açık değildir. Nature’da yayınlanan yeni bir makalede ortaya konduğu gibi, Carell’in çalışma grubu bu bağlantının oluşabileceği bir yol keşfetti.

Anlamak için RNA’ya daha yakından bakmalıyız. RNA kendi içinde karmaşık bir makromoleküldür. Genetik bilgiyi kodlayan dört kanonik baz A, C, G ve U’ya ek olarak, bazıları çok sıra dışı yapılara sahip olan kanonik olmayan bazlar da içerir. Bilgi kodlamayan nükleotitler, RNA moleküllerinin işleyişi için çok önemlidir. Halihazırda, doğanın RNA moleküllerine dahil ettiği 120’den fazla modifiye edilmiş RNA nükleoziti hakkında yeterince bilgi bulunmaktadır. Eski RNA dünyasının kalıntıları olmaları kuvvetle muhtemeldir.

Carell grubu şimdi, bu kanonik olmayan nükleotitlerin, RNA dünyasının proteinler dünyası ile bağlantı kurmasını sağlayan anahtar bileşen olduğunu keşfetti. Carell’e göre, bu moleküler fosillerden bazıları, RNA’da yer aldıklarında, kendilerini tek tek amino asitlerle, hatta bunların küçük zincirleriyle (peptidler) “süsleyebilir”. Bu, amino asitler veya peptitler bir solüsyonda RNA ile birlikte aynı anda mevcut olduğunda küçük kimerik RNA-peptid yapıları ile sonuçlanır. Bu tür yapılarda, RNA’ya bağlı amino asitler ve peptitler daha sonra birbirleriyle reaksiyona girerek daha büyük ve daha karmaşık peptitler oluşturur. Carell, “Bu şekilde, laboratuvarda genetik bilgiyi kodlayabilen ve hatta uzayan peptidler oluşturabilen RNA-peptid parçacıkları yarattık” diyor.

Bu nedenle eski fosil nükleozitleri, üzerinde uzun peptit zincirlerinin büyüyebileceği bir çekirdek oluşturan RNA’daki çekirdeklere bir şekilde benzer. Carell ‘a göre bu çok şaşırtıcı bir keşif. “Asla saf bir RNA dünyası olması mümkün değil, ancak RNA ve peptitler en başından beri ortak bir molekülde bir arada var olmuştur.” Bu nedenle, bir RNA dünyası kavramını bir RNA-peptid dünyası kavramına genişletmeliyiz. Yeni fikir, peptitlerin ve RNA’nın evrimlerinde karşılıklı olarak birbirlerini desteklediklerini öne sürüyor.

Yeni teoriye göre, başlangıçtaki belirleyici unsur, kendilerini amino asitler ve peptitlerle süsleyebilen ve böylece onları daha büyük peptit yapılarına birleştirebilen RNA moleküllerinin varlığıydı. Carell, “RNA yavaş yavaş sürekli gelişen bir amino asit bağlama katalizörüne dönüştü” diyor. RNA ve peptitler veya proteinler arasındaki bu ilişki bugüne kadar kalmıştır. En önemli RNA katalizörü, bugün hala amino asitleri uzun peptit zincirlerine bağlayan ribozomdur. En karmaşık RNA makinelerinden biri, her hücrede genetik bilgiyi fonksiyonel proteinlere dönüştürmekten sorumludur. Carell, “RNA-peptid dünyası, tavuk-yumurta sorununu böylece çözüyor” diyor. “Yeni fikir, yaşamın kökeninin yavaş yavaş açıklanabilir hale geldiği bir temel oluşturur.”

Opinyu 15.05.2022

Kaynak:

“A prebiotically plausible scenario of an RNA–peptide world” by Felix Müller, Luis Escobar, Felix Xu, Ewa Węgrzyn, Milda Nainytė, Tynchtyk Amatov, Chun‐Yin Chan, Alexander Pichler and Thomas Carell, 11 May 2022, Nature.