İLKEL ÇORBALARIN PROTEİN YAPISI NASIL DEĞİŞTİ?

Araştırmacılar antik dönemden gelen proteinleri yeniden dirilterek dünyanın karanlık çağını aydınlatmaya çalışıyorlar.

Araştırmacılar antik dönemden gelen proteinleri yeniden dirilterek dünyanın karanlık çağını aydınlatmaya çalışıyorlar.

Yaklaşık olarak 4 bilyon yıl önce moleküller kendilerini kopyalamaya başladı. Bu olay dünyadaki yaşamın başlangıç noktasını belirleyen olay oldu. Birkaç yüz milyon yıl sonrasında ilkel organizmalar dallara bölünmeye başladı ve böylece hayat ağacı oluştu. Bu iki ufuk genişletici olay arasında, var olmanın temelini oluşturan bazı buluşlar meydana geldi. Bunlar hücrelerin oluşumu, genetik kod ve bütün bu sistemin çalışmasını sağlayan enerjinin ortaya çıkması idi. Bu üçünün bizim bildiğimiz yaşam için vazgeçilmez öğeler olduğu kesin olmasına rağmen uzmanlar bunların nasıl oluştukları ve geliştikleri üzerine hayal kırıcı bir şekilde oldukça az şey biliyorlar.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde jeobiyolog olarak çalışan Greg Fournier “bilinen en eski ortak atadan öncesi için evrimin nasıl bir yol izlediğini anlamak bile oldukça zor” diyor. Hücrelerin enerji metabolizmalarının ortaya çıkmasından önce oluşmuş olabileceği ya da bu durumun tam tersi olabileceği düşünülüyor. Bu dönemde yaşayan organizmalardan kalmış fosil ya da korunmuş DNA örneği olmadan uzmanların ellerinde çalışabilecekleri çok kısıtlı bir veri kalıyor.

Fournier, dünyanın karanlık çağlarına ait tarihi yeniden kurmak üzerine bir proje oluşturmaya çalışıyor. Bu yüzlerce milyon yıl ile hayatın ilk ortaya çıktığı ve var olmanın sonsuz karmaşasında dallara ayrıldığı zaman arasındaki zaman diliminin yeniden yaratılması demek oluyor.

Uzmanlar paleogenetik adı altında gelişen yeni bir bilim dalının parçası olarak yaşayan organizmalardan toplanan genetik yapıyı, antik genlerin DNA sıralamasını anlamak amacıyla inceliyorlar. Geçtiğimiz aylarda bir bilim dergisinde yayınlanan analizlere göre Fournier koda eklenmiş en son kimyasal bağlantının tryptophan olarak adlandırılan molekül olduğunu beliriyor. Hindi etinden yapılan akşam yemeklerinde en sık rastlanılan amino asit olarak da biliniyor. Araştırma genetik kodlamanın aşama aşama evrildiğini destekliyor.

Benzer yöntemler kullanan uzmanlar, daha çok genetik koda ait geçici sıralamayı anlamayı, her bir yeni eklentinin genetik koda ne zaman eklendiğini bulabilmeyi ve hücrelerin oluşumu gibi hayatın merkezini oluşturan bazı kilit noktaları tarihlemeyi umuyorlar.

Hayat o kadar çok zaman önce ortaya çıktı ki dünyayı o dönemde kaplayan kaya oluşumları bile yok oldu. Tabi birçok kimyasal ve coğrafik ipuçları da onlarla birlikte yok oldu. Atlanta’da bulunan Teknoloji Enstitüsünden biyolog Eric Gaucher’e göre hayatın ilk ortaya çıkması ile bilinen en eski atalarımız arasında oldukça büyük bir zaman boşluğu var.

Uzmanlar bu zaman içinde yaşayan varlıkların kompleks proteinler üretmelerini sağlayan genetik kodlamaya sahip olduklarını belirli bir noktaya kadar bilebiliyor. Hücrelerin tam olarak çalışabilmesinin o proteinlere bağlı olduğu da biliniyor. (DNA ve RNA’nın yapıları da genetik yapının koplayanması ve nesilden nesile aktarılması konusunda birer genetik bilgi kaynağı fakat bu ikisine ait protein oluşum aşamaları farklı işliyor). Kodun parçaları ve onları oluşturan molekül makinaları hücrelerin en evrensel ve en eski özelliklerinden birini oluşturuyor. Bu oluşum mekanizmalarının evrelerini anlamak birçok uzmanın rüyasını oluşturuyor.

Kodlamanın nasıl oluştuğu tavuk ve yumurta problemine dönüşmüş görünüyor. Kodun içinde yer alan ana elemanlar (DNA, RNA, aminoasitler ve proteinler) proteini oluşturmak için birlikte hareket eden ve kimyasal olarak karmaşık yapılardan oluşuyor. Fakat modern hücrelerde kodun ana elemanlarını oluşturmak için protein kullanılıyor. Bu duruma bakarsak karmaşık bir yapıya sahip bir kodun nasıl ortaya çıktığını sormak durumunda kalıyoruz?

Birçok araştırmacı kodun limitli sayıdaki amino asitten oluşan en basitinden bir protein ile ortaya çıktığını düşünüyor. Zamanla proteinlerin daha sofistike moleküller üretmeyi öğrenmesi ile kompleks bir yapı içinde büyüdüğüne inanılıyor. Zaman içinde bugün gördüğümüz çeşitliliği yaratabilecek kapasiteye sahip bir koda evrimleşiyor. Baltimore Country’de bulunan Maryland Üniversitesinden biyolog Stephen Freeland bunun uzun zamandır tartışılan bir konu olduğunu, hayatın standart kodunun çok daha basit bir düzenden evrimleşerek oluşmuş yirmi tane amino asitten ortaya çıktığının savunulduğunu, bunun ise gelişen ve geliştikçe harf eklenen İngilizceye benzetildiğini belirtiyor.

Kodda bulunan en eski amino asitlerin en basit yapıda oldukları, en saf kimyasal köke sahip oldukları ve proteinin yardımını almadıkları tahmin ediliyor. Bu amoni asitlerin A, E ve S harfleri gibi bir yapıya sahip olduklarını ve kendilerinden sonra gelen yapıyı etkileri altına aldıklarını düşünülüyor.

Buna karşılık, tryptophan daha karmaşık bir yapıya sahip ve karşılaştırıldığında protein kodunun içinde daha az rastlanıyor. Daha çok Y ya da Z harflerine benzediği ve birçok araştırmacının da tartıştığı gibi koda en son eklenen elemanlar arasında olduğu düşünülüyor.

Kimyasal ipuçları oldukça etkileyici fakat tam olarak kesin değil.

Uzmanlar antik proteinleri on yıldan uzun bir süredir yeniden oluşturmak üzerinde çalışıyor ve genel olarak antik proteinlerin modern olanlardan görünüş ve işleyiş bakımından ne kadar farklı olduğunu anlamaya çalışıyor. Fakat bu denemeler evrensel olarak bilinen en eski atamızın evrimleştiği döneme odaklanıyor. Fournier’in çalışması bu konuda diğerlerinden ayrılıyor ve daha da eskiye bakıp anlamaya çalışıyor. Bunu yapabilmek için karşılaştırılmalı genetik çalışmalara uygulanan standart uygulamalardan öteye geçilmesi ve hayat ağacının çeşitli dallarının analiz edilmesi gerekiyor.

Fournier birbiri ile bağlantısı olan iki protein ile işe başladı. Bunlar TrpRS ve TryRS proteinleri ve RNA içindeki elemanların amino asit olan Tryptophan ve tyrosine’e dönüşmesine yarıyor. Bu iki proteinin diğer bütün proteinlerden çok daha yakın olduğu ve bunun ise aynı proteinden evrimleştiklerinin göstergesi olduğu tartışılıyor. Bilinen ilk atamızdan daha önceki bir zamanda bu ana proteinin iki ayrı göreve sahip iki ayrı protein oluşturacak şekilde değişim geçirdiğini belirten Fournier ana proteinin nasıl göründüğünü tahmin edebildiklerini belirtiyor.

Ana proteinin tryptophan haricindeki bütün amino asitleri taşıdığını belirten Fournier bu amino asidin genetik kodlamaya en son eklenen halka ve dolayısıyla genetik kodu tamamlayan eleman olduğunu düşünüyor. Daha önce bu kadar detaylı bir çalışmanın yapılmadığını ve bu konudaki hiçbir çalışmanın bu kadar ilerlemediğini de ekliyor.

Fournier çalışmasının devamında amonı asitlerin genetik koda hangi sırayla eklendiğini anlamaya çalışıyor. Genetik kodun kendi içindeki evrimin de sürekli devam eden bir olay olduğunu belirten moleküler biyolog ve hücre biyoloğu Paul Schimmer hayat ağacını oluşturan çeşitliliğin ve bunu oluşturan proteinlerin doğanın kusursuzluğunu ve ustalığını gösterdiğini belirtiyor.

 

Kaynak: http://www.scientificamerican.com/article/how-structure-arose-in-the-primordial-soup/?WT.mc_id=SA_Twitter