İlkel Çorba, Canlandırıcı Bir Pre-Protein Yahnisimiydi?

Yaşamın ilk polimerleri, gölet suyunun tekrar tekrar kuruması ve dolması gibi bugün hala Dünya'da gözlemlenen günlük bir süreçle ortaya çıkmış olabilir. Credit: Ram Krishnamurthy / Center for Chemical Evolution

Milyarlarca yıl önce gezegenimizde çalkalanan ilkel çorba öncü ilkel proteinleri ile dolup taşıyordu ve sonunda gezegenimizde ilk yaşama yol açtı.

Laboratuarda yüzlerce olası öncü molekül oluşturan Georgia Teknoloji Enstitüsünden araştırmacılar tarafından yürütülen yeni bir araştırmaya göre, tüm hücrelerin kilit bileşenleri olan ilk protein moleküllerinin ataları, hayat öncesi Dünya üzerinde bolca olabilir. Onlar sonra molekülleri son teknoloji ve yeni algoritmalarla titizlikle analiz ettiler.

Depsipeptid adı verilen moleküllerin, prebiyotik Dünya'da yaygın olabilecek koşullar altında, muhtemelen bol miktarda bulunan bileşenlerle, hızlı ve bol miktarda oluşabileceğini buldular.

Ve depsipeptidlerin bir kısmı sadece birkaç gün içinde yeni çeşitlere dönüştü, bu yetenek, çok uzun zaman önce proteinleri oluşturan, peptitler olarak adlandırılan, uzun moleküllerin doğumunu hızlandırabildi.

Karışıklık olmadan lütfen

Yeni NASA'ya bağlı araştırmalar, ilk polimerlerin günümüzde hala Dünya'da gözlemlenen günlük süreçlerin çeşitlemelerinden ortaya çıkmış olabileceğini düşündüren, giderek artan bir kanıt grubuna katkıda bulunuyor, örneğin gölet suyunun tekrar tekrar kurutulması ve doldurulması.

Kolayca mümkün olmayan senaryolardan uzak durmak istiyoruz "diyen Georgia Tech'in Kimya ve Biyokimya Okulu'ndan profesör ve araştırmanın baş araştırmacılarından biri olan Facundo Fernandez. “Prebiyotik Dünya üzerinde, gerçekçi ve makul derecede ortak olan koşullardan sapmıyoruz. Makul olmayan herhangi bir kimya aramıyoruz.”

Bilim adamları, ilk proteinlerin nasıl oluştuğu konusunda uzun süredir kafa karışıklığı içindeydiler. Uzun zincirli moleküller olan polipeptidleri, abiyotik koşullar altında laboratuarda yapmak zor olabilir.

Bazı araştırmacılar, muhtemelen erken Dünya'da daha az sıklıkla meydana gelen daha aşırı senaryolarda küçük zincirler veya peptidler üretmek için harekete geçmişlerdir. Verimler mütevazıydı ve sonuçtaki peptitlerin sadece bir çift bileşen parçası vardı, oysa doğal proteinler çok çeşitli özelliklere sahiptir.

Adım adım evrim

Ancak nihai ürünleri üreten yaşamın kompleks moleküllerinin, tek bir çarpıcı adımla ortaya çıkması muhtemel olmazdı. Merkezi Fernandez ve onun meslektaşları NSF / NASA Kimyasal Evrim Merkezi'nde, Georgia Tech'de ve Scripps Araştırma Enstitüsü ile yakın işbirliğine dayanan araştırmaları yönlendiren hipotezdir.

Bunun yerine, birden fazla kolay kimyasal basamak, sonuçta ilk biyopolimerlere yol açan sonraki reaksiyonlarda yararlı olan, bol miktarda ürün üretti. Bu son çalışmada üretilen depsipeptidler böyle bir kimyasal adım atmada köşe taşı olabilir.

Normal peptitlere çok benziyorlar ve bugün biyolojik sistemlerde bulunabiliyorlar. Fernandez, "Örneğin birçok antibiyotik depsipeptitdir" dedi.

Fernández, Georgia Tech meslektaşları Martha Grover ve Nicholas Hud ve Scripps'ten Ram Krishnamurthy, çalışmalarını 28 Ağustos 2017'de Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabında yayınladılar. Başyazar olan Jay Forsythe, eski Georgia Tech'teki doktora sonrası araştırmacıdır ve şimdi Charleston Koleji'nde asistan profesördür. Araştırma Ulusal Bilim Vakfı ve NASA Astrobiyoloji Programı tarafından finanse edildi.

Yeni çalışma, prebiyotik Dünya üzerindeki RNA öncülerinin oluşumu ve ilk genlerin oluşması için olası senaryolar hakkında benzer çalışmaları bir araya getiriyor. Ortak anlayışlar bir gün ilk yaşamın Dünya'da nasıl ortaya çıktığına ve diğer gezegenlerde yaşam olasılığının belirlenmesinde astrobiyologlara yardımcı olabilir.

Depsipeptide Lego'yu anlamak

Depsipeptidleri ve araştırmacıların sonuçlarının önemini anlamak için, aminoasit zincirleri olan peptidlere bakarak başlamak yararlı olacaktır. Zincirler çok uzadıklarında polipeptit ve daha sonra protein olarak adlandırılırlar.

Canlı hücreler, canlı hücrede işlevleri olan çok spesifik peptitler ve proteinler oluşturmak için aminoasitlerin belirli bir sırayla nasıl bağlanacağı üzerine DNA'daki talimatları okurlar. Bir proteinin bir hücrede işlev görmesi için, polipeptit zincirlerinden faydalı şekiller oluşturmak için yapışkan bir iplik gibi toplanmalıdır.

Hayattan yoksun bir dünyada; hücreler ve DNA oluşmadan önce, polipeptitlerin oluşması için aminoasitler, su birikintilerinde veya nehir ve göl kenarlarında zincirler oluşturmak için bir araya geldi. Fakat peptit bağları oluşması zor olabilir, özellikle bunların uzun zincirleri.

Amino ikame edici çiftler

Ester bağlar olarak adlandırılan diğer bağlar daha kolay oluşur ve aminoasitler ile hidroksi asitler olarak adlandırılan çok benzer molekülleri, birbirlerine bağlarlar. Hidroksi asitler, aminoasitlere çok benzerdir; bu, bazı durumlarda, ikame edici ikili olarak işlev yapabilirler.

Araştırmacılar, bir su solüsyonunda üç amino asidi üç hidroksi asit ile karıştırdı ve aralıklı ester ve peptid bağlarıyla birlikte tutulan amino asitler zinciri ve hidroksi asitleri, depsipeptidler oluşturdu. Hidroksi asitler, zincirleri bir araya getiren, aksi halde oluşması güç olacak bir etkinleştirici olarak hareket ettiler.

İlkel çorba, depsipeptidlerini kayaların üzerine üst üste yığmış olabilir, burada güneş tarafından kurutulur, sonra yağmur ya da çiğ damları ile çorba geri oluşturulur ve bu durum tekrar tekrar meydana gelir. Araştırmacılar bu döngüyü laboratuarda taklit edip depsipeptid zincirlerinin daha da geliştiklerini izlediler.

Ölüm Vadisi sıcağı

Biyoanalitik Kimya'da Vasser Woolley Vakfı Başkanı olan Fernandez, "Bunu erken peptitlerin yapımında çevresel bir döngüsel yaklaşım olarak adlandırıyoruz" dedi. Doğa gibi: Çorba yap, kurut, tekrarla.

Laboratuarda, kurutma sıcaklığı 85 ° C (185 ° Fahrenheit) idi, ancak reaksiyonun 55 ve 65 ° C sıcaklıklarda (131 ila 149 derece Fahrenhayt) çalıştığı gösterildi. Fernandez, "Erken Dünya'nın volkanik aktivitesi ve sıcaklığı arttıran atmosfere sahip bir karışımı olduğunu düşünüyorsanız, bu sıcaklıklar Erken Dünya'nın birçok bölgesinde gerçekçidir" dedi.

Erken Dünya, yüzlerce milyon yıl serinlemiş ve yüzlerce derece sıcaklıkların uzun süre sürdüğü hipotezine göre değerlendirilmiştir. Bugün bile, en sıcak çöller 55 santigrat dereceyi aşabilir.

Ester do-si-do

Ester bağları daha kolay kırıldığı için deneyde zincirler hidroksi asitlerinde daha fazla ayrılma eğilimindeydi ve daha güçlü peptid bağlarıyla bağlanan aminoasitler arasında birleştiler. Sonuç olarak, zincirler yeniden şekillendirebilir ve gittikçe daha fazla sayıda aminoasit ile daha dayanıklı peptitleri birbirine bağlayabilir.

Bir çeşit kare dansına benzer şekilde, zincirde bulunan hidroksi asitler genellikle aminoasit zincirlerini bıraktılar ve yeni aminoasitler hidroksit asitlerin bıraktığı yere sıkıca tutundu. Hatta depsipeptidlerin bir kısmı sonunda neredeyse tamamen aminoasitlerden oluşmuş ve sadece hidroksi asit kalıntıları bulmuştur.

Fernandez, "Artık peptitlerin nasıl kolayca oluşabileceğini biliyoruz" dedi. "Sonra, fonksiyonel bir protein düzeyi elde etmek için neyin gerekli olduğunu öğrenmek istiyoruz."

10,000,000,000,000 depsipeptid

Oluşan 650'den fazla depsipeptidi tanımlamak için araştırmacılar, moleküller için bir rüzgâr tüneli olarak tanımlanabilen, iyon hareketliliği ile birlikte kütle spektrometresi kullandılar. Kütle ile birlikte, ek hareketlilik ölçümü, araştırmacılara depsipeptidlerin şekli hakkında bilgi verdi.

Georgia Tech araştırmacısı Anton Petrov tarafından oluşturulan algoritmalar, sonunda molekülleri tanımlamak için verileri işledi.

Potansiyel olarak bol miktarda depsipeptidin prebiyotik Dünya üzerinde nasıl olabileceğini göstermek için: Araştırmacılar, aminoasitler ve hidroksi asitlerin sayısının her birini üç ile sınırlamak zorundaydılar. Bunun yerine her biri 10 alınmış olsaydı, teorik depsipeptidlerin sayısı 10,000,000,000,000'in üzerine çıkabilirdi.

Fernandez, "Kolaylık ve bolluk anahtardır," dedi. "Kimyasal evrim, ihtiyaç duyduğu bileşenler bol olduğu zaman sıradan koşullar altında bile ilerleme eğilimindedir.”

Çeviri: Barış Uçar Bilime Yön Veren Cevaplar

Kaynaklar:

https://m.phys.org/news/2017-09-primordial-soup-hearty-pre-protein-stew.html?utm_source=nwletter&utm_medium=email&utm_campaign=daily-nwletter 30.09.2017

More information: Jay G. Forsythe et al. Surveying the sequence diversity of model prebiotic peptides by mass spectrometry, Proceedings of the National Academy of Sciences (2017). DOI: 10.1073/pnas.1711631114

Provided by: Georgia Institute of Technology

#ilkel #Çorba #canlandırıcı #pre-protein #yahnisimiydi?