Homokiralite ve Manyetizma: Yaşam Molekülleri Neden Sadece Sol veya Sağ Elli?
Harvard Üniversitesi'nden Furkan Öztürk ve Ekibi, Yaşam Moleküllerinin Neden Sadece Sol veya Sağ Elli Olduğunun Sırrını Çözmüş Olabilir!
Bu haber 1 yıl öncesine aittir. Haber güncelliğini yitirmiş olabilir; ancak arşivsel değeri ve bilimsel gelişme/ilerleme anlamındaki önemi dolayısıyla yayında tutulmaktadır. Ayrıca konuyla ilgili gelişmeler yaşandıkça bu içerik de güncellenebilir.
1848'de Fransız kimyager Louis Pasteur, yaşam için gerekli olan bazı moleküllerin, tıpkı sol ve sağ ellerimizde olduğu gibi birbirinin "ayna görüntüsü formlarında" bulunduğunu keşfetti. Günümüzdeyse biyolojinin, moleküllerin bu "kiral" formlarından yalnızca bir tanesini tercih ettiğini biliyoruz: DNA, RNA ve bunların yapı taşlarının hepsi sadece sağ elli moleküllerden oluşurken, amino asitler ve proteinlerin tümü sol elli moleküllerden oluşuyor.
Bu seçiciliğin veya "homokiralliğin" ipuçlarını gören Pasteur, bu tuhaf durumu manyetik alanların açıklayabileceğini düşündü; ancak sorunun nihai cevabı, biyolojinin en büyük gizemlerinden biri olarak kaldı. Yapılan yeni bir araştırma, Pasteur'ün gerçekten de doğru yolda olabileceğini gösteriyor.
Araştırmacılar, yayınladıkları üç yeni makalede, erken Dünya'da yaygın olan manyetik minerallerin, kilit biyomoleküllerin yüzeylerinde ayna görüntülerinden yalnızca birinin birikmesine neden olabileceğini ve sonrasında da sürekli aynı formu desteklemeye devam eden olumlu bir geri bildirimi tetikleyebileceğini öne sürüyor. Yeni çalışmayla ilgisi olmayan Chicago Üniversitesi'nden yaşamın kökeni kimyageri Jack Szostak, keşfi şöyle niteliyor:
Bu gerçekten devrimsel bir keşif! Biyolojiyi başlatmak için homokiralite esastır ve bu araştırma, homokiralitenin kökenleriyle ilgili olası, hatta muhtemelen en olası açıklamayı sunuyor.
Aslında kimyasal reaksiyonlar, kiralite konusunda genellikle tarafsızdır; yani hep eşit miktarda sağ ve sol elli moleküller üretirler. Ancak yaşam, seçicilik gerektirir: Örneğin, yalnızca sağ elli moleküllerden oluşan DNA, diğer kiral moleküllerle etkileşime girebilecek türden, doğru bir bükülmeye sahiptir. Salk Biyolojik Araştırmalar Enstitüsü başkanı ve yaşamın kökeni kimyacısı Gerald Joyce şöyle diyor:
Yaşamı elde etmek için bir nevi 'aynayı kırmanız' gerekir, yoksa ortaya yaşam çıkaramazsınız.
Geçen yüzyıl boyunca araştırmacılar, ilk biyomolekülleri üreten tepkimelerin, sağ ve sol elli biyomoleküllerden eşit miktarda üretmesi yerine, bunlardan sadece bir tanesini baskın olarak üretmesi adına, kozmik ışınlar ve polarize ışık dahil olmak üzere çok çeşitli mekanizmalar önerdiler. Bu açıklamaların her ikisi de, gerçekten de sadece sağ veya sadece sol elli molekülleri destekleyen bir ilk sapmaya neden olabilir; ancak bu ilk sapmanın, ilk hücrelerin oluşması için muhtemelen ihtiyaç duyulmuş olan büyük miktarda kiral molekül rezervlerini oluşturmak için nasıl sürdürüldüğünü doğrudan açıklayamaz. Harvard Üniversitesi'nden fizikçi ve yeni çalışmanın liderlerinden Dimitar Sasselov şöyle diyor:
Başlangıçta bir sapma yaratan her açıklama iyi bir başlangıç; ancak bu yeterli değil.
Başka bir seçeneğin var olabileceğinin ipuçları, Weizmann Bilim Enstitüsü'nde kimyasal fizikçi olan Ron Naaman liderliğindeki araştırmacıların, bir molekülün zıt kiral formlarındaki elektronların da spininin birbirine zıt olduğunu keşfettikleri 1999 yılına dayanıyor. Daha sonraki deneyler, spin farklılıklarının kiral moleküllerin manyetik malzemelerle farklı biçimlerde etkileşime girmesine neden olabileceğini ortaya çıkardı; çünkü bu etkileşimler sırasında manyetik kuvvetler oluşturmak için elektron spinleri hizalanıyordu. Örneğin, Naaman ve meslektaşları sol elli peptidlerin (kısa amino asit zincirleri) manyetik bir yüzeye bağlandığını, ancak sağ elli peptitlerin aynı yüzeyden itildiğini keşfettiler. Ancak bu bulgu da başlangıçtaki yanlılığın nasıl sürdürülebildiğini ve zamanla arttırılabildiğini açıklamaya yetmedi.
2009'da, bu "kiralite amplifikasyonunu" izah edebilecek bir mekanizmanın izlerine rastlandı: Manchester Üniversitesi'nden Matthew Powner ve John Sutherland liderliğindeki araştırmacılar, birçok araştırmacının hayatın kökeninde merkezi bir oyuncu olduğunu düşündüğü RNA'nın olası kökenlerini araştırıyorlardı. RNA'nın iki nükleotit yapı taşını oluşturmak için reaksiyona girebileceğini keşfettikleri ribo-aminooksazolin (RAO) adlı bir molekül ilgilerini çekmişti. RAO, tek bir kiralite uygulayan, nadir bir kristal sınıfıdır: Bir kristal, molekülün sağ veya sol elli versiyonlarından büyümeye başladığında, yalnızca aynı kiraliteye sahip moleküller bu büyüyen yapıya bağlanabilir. Bu tür kristaller, başlangıçtaki bir eğilimle başlasalardı, kiral RAO'nun oluşmasına neden olabilirdi.
Şimdi, Sselov ve meslektaşları bu iki parçayı bir araya getirdiler. Manyetik yüzeylerin tek bir RAO kiral formunu destekleyip desteklemediğini merak ettiler. Bunu aydınlatmak için, Dünya'nın kabuğunda yaygın olarak bulunan manyetik bir mineral olan manyetite yöneldiler. Güçlü bir dış manyetik alan uygulayarak manyetitte elektron spinlerini hizaladılar ve manyetizmasını güçlendirdiler. Manyetit yüzeyini, sağ ve sol elli RAO moleküllerinin eşit karışımını içeren bir çözeltiye maruz bıraktıklarında, üstüne yerleşen moleküllerin %60'ının tek elli olduğunu gördüler. Araştırmacıların Science Advances'ta bildirdiğine göre, bu, benzer elli RAO'ların bağlanmasına neden olan ve sonunda saf tek elli RAO kristalleri oluşturan kristal bir tohum yarattı.[1] Manyetik alanın yönünü değiştirdiklerinde ve deneyi tekrarladıklarında, tam tersi yönlü kristaller şekillendi. Şu anda University College London'da olan Powner şöyle diyor:
Bu gerçekten harika bir etki ve simetriyi kırmanın bir yolu!
Santa Cruz'daki California Üniversitesi'nden fizikçi olan ve yaşamın kiral eğiliminin kaynağının kozmik ışınlar olduğunu iddia eden Noémie Globus ise uyarıyor:
Uygulanan manyetik alan, Dünya'nın kendi alanından yaklaşık 6500 kat daha güçlü. Bunlar, hiç de gerçekçi olmayan koşullar.
Ancak önceki çalışmalar, yalnızca Dünya'nın doğal manyetik alanına maruz kalan manyetitin, kiral bir molekülün bir biçimine karşı daha küçük olsa da başlangıçta bir sapmaya neden olabileceğini gösteriyor. Ve Sasselov ve meslektaşları, arXiv'de yayınladıkları bir ön baskıda, manyetitin üstüne saf kiral RAO kristalleri yerleştirildiğinde, kristallerdeki elektron spinlerinin hizalanmasının, alttaki manyetik malzemede giderek daha fazla elektron spinini hizalamaya zorladığını ve bunun da olumlu bir geri besleme döngüsü yaratabildiğini gösterdiler.[2] Harvard'da doktora öğrencisi olan ekip üyesi Furkan Öztürk şöyle diyor:
Bu sistem kendi kendini geliştiriyor ve kiralite yanlılığının kalıcılığını artırıyor.
Kiral RAO, ürettiği RNA yapı taşlarına da kiralitesini dayatır ve Sasselov'un ekibi, bu etkilerin diğer biyolojik moleküllere de kademeli olarak yayıldığını gösterdi. The Journal of Chemical Physics'te kabul edilen bir raporda, kiral RNA fazlalığı oluştuğunda, bilinen kimyasal reaksiyonların bu kiral yanlılığı aktarabildiğini, böylece amino asitleri ve proteinleri ters elle şablonlayarak ve nihayetinde hücre metabolizması için önemli olan diğer kiral molekülleri besleyebileceğini gösterdiler.[3] Szostak, şöyle söylüyor:
Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, sitemizin/uygulamamızın çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, %100 reklamsız ve çok daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.
KreosusKreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.
Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.
PatreonPatreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.
Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.
YouTubeYouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.
Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.
Diğer PlatformlarBu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.
Giriş yapmayı unutmayın!Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.
Önerilen bu mekanizmanın yapabildiği gibi, bütün sorunları tek seferde çözebilen başka hiçbir çözüm önerilemedi.
Pasteur ile başlayan macera henüz bitmedi. Sasselov'un söylediğine göre RAO, RNA'nın dört nükleotidinden yalnızca ikisinin, sitozin ve urasilin sentezini mümkün kılıyor. Diğer ikisini, yani adenin ve guanini henüz üretemediler; ancak Sasselov bunu yapabilecek RAO reaksiyonlarını arama yolunda "büyük bir baskı" olduğunu söylüyor. Eğer yapabilirlerse, biyolojik elliliğin (kiralitenin) gizeminin çözümüne bir adım daha yaklaşabiliriz.
İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!
Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.
Soru & Cevap Platformuna Git- 40
- 17
- 17
- 14
- 14
- 11
- 10
- 1
- 1
- 0
- 0
- 0
- ^ S. F. Ozturk, et al. (2023). Origin Of Biological Homochirality By Crystallization Of An Rna Precursor On A Magnetic Surface. American Association for the Advancement of Science (AAAS). doi: 10.1126/sciadv.adg8274. | Arşiv Bağlantısı
- ^ S. F. Ozturk, et al. Chirality-Induced Magnetization Of Magnetite By An Rna Precursor. (13 Nisan 2023). Alındığı Tarih: 15 Haziran 2023. Alındığı Yer: arXiv | Arşiv Bağlantısı
- ^ S. F. Ozturk, et al. The Central Dogma Of Biological Homochirality: How Does Chiral Information Propagate In A Prebiotic Network?. (1 Haziran 2023). Alındığı Tarih: 15 Haziran 2023. Alındığı Yer: arXiv | Arşiv Bağlantısı
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 01/12/2024 19:31:48 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/14878
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.