Biyologlar - Biyolojiye Gerçekçi Yaklaşım

Prebiyotik Ortamlarda Nükleotit'lerin Yapısında Yer Alan Azotlu Organik Bazların Oluşumu

---

Son yıllarda üzerinde yoğun olarak tartışılan konulardan birisi canlılıgın dünya üzerinde nasıl ortaya çıktıgı konusudur. Bu yazımızda bilim insanlarının en çok uğraş verdiği bir konudan bahsetmek istiyoruz:

Prebiyotik ortamlarda nükleotitler'in yapısında yer alan azotlu organik bazların oluşumu. Yalnızca canlılar tarafından üretildiği düşünülen bu azotlu organik bazlar nasıl olurda canlı olmayan (prebiyotik) ortamlarda oluşabilir. Bu konuya geçemeden önce nükleotitlerin yapısını biraz inceleyelim.

Nükleotit nedir?

Nükleotit, yapısında bir azotlu organik baz (diğer adı nükleobaz), beş karbonlu şeker molekülü ve bir fosfat molekülü barındıran kimyasal bir bileşiktir. Nükleotitler, Dünya üzerinde yaşayan tüm canlıların yapısında yer alan DNA, RNA gibi nükleik asitlerin çekirdek molekülleridir. Ayrıca nükleotitler, NAD (nikotinamid adenin dinükleotit) gibi en temel koenzimlerin ve canlılar için olmazsa olmazlardan olan ATP (Adenoizin tri fosfat) gibi moleküller de nükleotit yapıdadır. Bilindiği gibi koenzimlerin hücre metabolizmasın da ve hücre içi sinyal iletiminde önemli rol oynarlar. ATP ise hücrenin en temel enerji kaynağıdır.

Nükleotitlerin azotlu baz kısmı olan nükleobazlar pürinler ve pirimidinler olarak ikiye ayrılır. Adenin ve guanin birer pürin, sitozin, timin ve urasil ise birer pirimidindir. Nükleotitlerin pentoz kısmı riboz veya deoksiriboz'dur. Şeker kısmı deoksiriboz ise nükleotidin adının başına 'deoksi' eklenir. Nükleotidin fosfatsız kısmına nükleozit denir. Nükleozit kısmına bir, iki veya üç fosfat grubu eklenebilir ve bunlara sırasıyla nükleotit monofosfat, difosfat ve trifosfat denir. ATP'nin ismi de buradan gelmektedir. Aşağıda bir ATP molekülü görülmektedir.

Şimdi asıl konumuza geçelim. Canlı olmayan ortamlarda bu azotlu nükleobazlar nasıl meydana geldi?

Prebiyotik Ortamlarda Nükleobazlar'ın Oluşumu

1952 yılında Miller ve Urey deneyi ile başlayan prebiyotik kimya deneyleriyle çok sayıda organik madde laboratuvar koşullarında üretilmeyi başarılmıştır. (Bknz: Ferris-Orgel deneyleri) O güne kadar insanlar organik maddelerin sadece canlılar tarafından üretileceğini düşünmekteydi. Ancak Miller'in bu deneyi'yle birlikte bu tabu da tamamen yıkılmış olundu. (Bknz: Miller-Urey Deneyi) 1952'de yapılan ve 1953'de tüm Dünya'ya duyurulan bu deneyin ardından onlarca bilim insanı bir çok benzer deneyi yapmaya başlamıştır. Bunlardan biriside Joan Oro ismindeki İspanyol bilim adamının yaptığı deneydi. 1962 yılında Joan Oro prebiyotik kimya alanında çığır açacak bir deneye imza atmıştır.

CO + NH3 → HCN + H2O "Hidrojen Siyanür oluşum tepkimesi"

CH4 + NH3 → HCN + 3H2 "Hidrojen Siyanür oluşum tepkimesi"

Oro, yukarıdaki kimyasal tepkimede elde ettiği Hidrojen siyanürü, amonyum hidroksit (sulu amonyak çözeltisi ve kimyasal formülü NH4OH) dolu çözelti içerisinde farklı sıcaklıklar da canlıların yapısında olan "adenin", "guanin" gibi pürin nükleobazlarını ve canlıların yapısına katılmayan ingilizcesi "xanthine" ve "hypoxanthine" adı verilen nükelobazlarını elde etmeye başarmıştır. Burada sıcaklı vurgusu önemli çünkü sıcaklık, kimyasal tepkimelerin hızını etki eden önemli bir faktördür. Aynı kimyasalları kullanarak 0 °C de aylarca süren sürelerde nükleobazlar üretilirken, kimyasal tepkimelerin için ideal bir sıcaklık olan 40 °C de 30 dakika gibi kısa sürelerde nükleobazlar oluşabilmektedir. Sıcaklık düştükçe tepkime süresi de kaçınılmaz olarak artacaktır. Aşağıdaki şekilde Oro'nun yaptığı deneyin kimyasal tepkimesi gösterilmiştir:

Oro, bu deneyinin ardından bir yıl sonra yani 1963 yılında siyano asetilen (HC3N) ve üre (NH2CONH2) adı verilen kimyasalları sulu çözelti de 40 °C'lik bir sıcaklık'ta tepkimeye soktuğunda yaklaşık bir saat sonunda sitozin adı verilen pirimidin nükleobazını elde etmiştir. Tüm bu çalışmalarından ötürü kendisine nobel kimya ödülü verilmiştir. Bu deneyinde kimyasal tepkimesini gösteren figür aşağıda gösterilmiştir:

1972 yılında Miller ve asistanı Bada yukarıda saydığımız aynı kimyasalları kullanarak aynı sıcaklık ve şartlarda sitozin ve urasil gibi pirimidin nükleobazlarını ve canlıların yapısında yer almayan isositozin gibi pirimidin bazlarını elde etmişlerdir. Bu kmyasal tepkimelerin adım adım oluşumlarını gösteren figür aşağıda gösterilmiştir.

HCN + H2O → 3H2 + NH2CHO "Formamide oluşum tepkimesi"

1975 yılında Fransız bilim insanı Robert Henrey Barker yukarıda gösterilen kimyasal tepkimeyle elde ettiği formamid (NH2CHO) kimyasal bileşiğini kullanarak tüm kayaçların yapısında yer alan TiO2 minerallerinin katalizörlüğünde 80°C'lik sıcaklık'ta timin nükleobazını elde etmiştir. Bu tepkimeyi gösteren figür aşağıda gösterilmiştir.

HCN + H2O → 3H2 + NH2CHO "Formamide oluşum tepkimesi"

2010 yılında İtalyan bilim adamı Prof. Raffael Saladino ve ekibi yukarıda gösterdiğimiz kimyasal tepkimeyle elde ettikleri formamid (NH2CHO) bileşiğini kullanarak, 160 °C'lik sıcaklık'ta, montmorillonit adı verilen kil yüzeylerin katalizörlüğünde ve 48 saat sonunda aşağıdaki figürde gösterilen pürin ve pirimidin nükleobazlarının tamamını elde etmeyi başarmışlardır. Ancak oluşan nükleobazların tamamı sığmadığından figürde gösterilememiştir. (ayrıca bknz: Kil Teorisi: Kil Yüzeylerde Yaşamın Kökeni)

Daha birçok benzer deneyde yukarıda anlattığımız kimyasallar kullanılarak nükleobazlar elde edilmiştir. Sonuçta 4 milyar yıl önce ilkel dünya şartlarında yukarıda bahsettiğimiz hidrojen siyanür, formamid, siyanoasetilen ve üre gibi moleküller oluşabilir. Bu tepkimelerin aynısı ilkel dünyada da gerçekleşmiş ve nükleobazlar dahil bir çok organik madde oluşmuştur.

Kaynakça :

1- astrobiology-beta.arc.nasa.gov/

2- users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/Biolo...bioticSynthesis.html

3- exploringorigins.org/protocell.html

4- www.xenology.info/Xeno/7.3.1.htm

5- www.allaboutscience.org/origin-of-life.htm

6- Raffaele Saladino (2010). "Purin and Pirimidine of prebiotic synthesis from formamide" Tuscua University, Italy

7- S. Miller. and L. Bada. Studies in prebiotic synthesis. V. Synthesis andphotoanomerization of pyrimidine nucleosides. Journal of MolecularBiology, 47(3):531–43, 1972.

8- Oró, J. Synthesis of adenine from ammonium cyanide. Biochemical andBiophysical Research Communications, 2: 407–12, 1962.

9- R.H.Barker (1975). "Prebiotic Synthesis of Thymine from TiO2 minerals" Journal of Molecular Biology

---