Fotosentezin Evriminde Kilit Rol Oynayan Koenzimler Doğal Süreçlerle Nasıl Oluşmuştur?

Yazdır Fotosentezin Evriminde Kilit Rol Oynayan Koenzimler Doğal Süreçlerle Nasıl Oluşmuştur?

Merhabalar,

 

Canlılığın günümüzdeki anlamıyla var olabilmesinin en kritik dönemeci, kuşkusuz ki fotosentez yapabilen siyanobakterilerin evrimleşerek atmosfere ister istemez son derece zehirli bir kimyasal olan, ancak evrimsel süreçler sayesinde canlıların vazgeçilmezi haline gelen oksijen pompalamalarıdır. Bu canlıların evrimine başka bir yazımızda detaylıca değinmiştik; burada ise o konunun daha iyi anlaşılabilmesi için fotosentezin gerçekleşmesini sağlayan temel koenzimlerin prebiyotik (canlılardan önceki) ortamlarda, tamamen doğal süreçlerin etkisi altındanasıl oluştuğunu inceleyelim.

 

 

Prebiyotik Ortamlarda Koenzimlerin Oluşumu

 

Koenzim, organik ve inorganik yapıların bir araya gelerek hücre içinde en işlevsel hale gelmesidir. Koenzimler, enzimler gibi protein yapıda olmazlar. Genellikle yapılarında fosfat molekülü, vitamin ve nükleotid bulundurular. Bütün canlılar olmazsa olmazlardan olan koenzimleri yapısında bulundurmak zorundadırlar. Peki acımasız şartlardan meydana gelmiş ilkel dünya'da bu moleküller nasıl meydana gelmişti?

 

Prolin amino asidinin pirol (pyrrol) adı verilen radikal grubu Formaladehit molekülü 4 kere tepkimeye sokulduğunda porfirin adı verilen yapılara dönüşür. Porfirin yapılarının oksidasyonuyla da klorofil molekülünün omurgası olan foto pigmentler meydana gelmektedir. Bu kimyasal tepkimeyi ilk olarak 2004 yılında Harvard Üniversitesin'den biyokimya profesörü Paul Rothemund yapmıştır. Rothemund, porifin foto pigmentini prolin amino asidini sıcaklığın 80 °C olduğu bir ortamda formaldehit molekülüyle tepkimeye sokarak elde etmiştir. Bu tepkimeyi anlatan figür aşağıda gösterilmiştir.

 

 

Rothemund'un bu deney'inden sonra 2005 yılında Gerhard Newton, Stanley Miller ve Michael A. Keefe'nin birlikte yürüttüğü çalışmayla Rothemund'un prebiyotik ortamda elde ettiği porifin molekülüyle fotosentez yapan tüm canlılarda bulunan yeşil bir pigment olan klorofili elde etmişlerdir. Böylece klorofil pigmenti de canlıların olmadığı bir ortamda ilke defa sentezlenmişti. Ayrıca aynı ekip 1995 yılında sodyum borat ve metanol katalizörlüğünde amonyum fosfat, adenin nükleotid, metionin amino asidi ve riboz şekerlerini 60 °C'de tepkimeye sokarak bir koenzim türü olan Asetil koenzimA'yı da elde etmeyi başarmışlardı.

 

 

Son olarak Claves ve Stanley Miller 2001 yılında birlikte laboratuvar koşullarında bir tür amino asit olan aspartik asit (aspartat), riboz ve dihidroksi aseton fosfat molekülünü kullanarak bir tür nikotinik asid olan kuinolinat molekülünü elde etmişlerdi. Bu molekülü de amonyak tepkimeye soktuklarında bir tür vitamin olan nikotinamid elde edilmekteydi. Bu canlılar için çok önemli bir vitamidir. B grubu vitamini dahil olan nikotinamid diğer adı niasin olan bu organik molekül NAD (nikotinamid adenin dinükleotid) denilen yapılara katılmaktadır. Bu yapılarda hem ATP üretiminde hemde fotosentez tepkimlerinde görev alırlar.

 

 

Fotosentezin bu prebiyotik evriminden sonra, canlılar içerisinde nasıl kademeli olarak evrimleşerek son halini aldığı ise aşağıdaki yazımızdan okunabilir:

 

Evrimsel Süreç - 9: Bakterilerde Fotosentezin Evrimi ve Sonuçları (3 - 2.5 Milyar Yıl Önce)

 

Umarız faydalı olmuştur.

 

NBÖ (Evrim Ağacı)

 

 

 

Kaynaklar ve İleri Okuma:

 

  1. White H.B. (1982) Evolution of coenzymes and the origin of pyridine nucleotides. In Everse,J., Anderson,B. and Yu,K.-S. (eds), The Pyridine Nucleotide Coenzymes. Academic Press, New York, NY, pp. 1–17.
  2. Huang F., Bugg,C.W. and Yarus,M. (2000) RNA-catalyzed CoA, NAD and FAD synthesis from phosphopantetheine, NMN and FMN. Biochemistry, 39, 15548–15555
  3. Keefe, A., G. Newton and S. Miller. A possible prebiotic synthesis ofpantetheine, a precursor to coenzyme A. Nature, 373(6516):683–5, 1995.
  4. Rothemund, P. New porphyrin synthesis. Synthesis of porphin. Journal ofthe American Chemical Society, 58:625–7, 2004
  5. White H.B. (1976) Coenzymes as fossils of an earlier metabolic state. J. Mol. Evol., 7, 101–104.
  6. Hodgson, G. and B. Baker. Porphyrin abiogenesis from pyrrole andformaldehyde under simulated geochemical conditions. Nature, 216(5110):29–32, 1967.
  7. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC149220/

 

 

6 Yorum