Yaşam, Kendi Kendini Kopyalayan Proteinlerle Başlamış Olabilir!

4 milyar yıl kadar önce, bir grup karmaşık organik bileşik basit bir karbon çorbası olmaktan çıkarak, biyokimyanın ilk adımlarını attı: Dünya'da yaşamın ilk adımları, böyle başladı.

Ancak bu adımların hangi sırayla gerçekleştiği on yıllardır tartışılan bir konu. Yaygın protein yapıları üzerinde yapılan yeni araştırmaların sonuçları, bu tartışmaları azaltabilir; çünkü nasıl var olduğumuzu açıklamayı başarmaya bir adım daha yakın olabiliriz.

ETH Zürih'ten araştırmacılar, kısa amiloid yapıların aminoasit seçilimine yön verebildiğini, bunun sonucunda daha da fazla amiloid üretilebileceğini gösterdiler.

Bir Zamanlar "Biyolojik Hata" Olarak Görülen Amiloidler, Yaşamı Başlatmış Olabilir!

Eğer "amiloid" sözcüğüne yabancıysanız, izah edelim: Bunlar, doğanın her bir tarafında giderek daha fazla bulmaya başladığımız bir protein yapısı. Bunların bu kadar yaygın olmasının bir nedeni, çapraz β katlanmasına sahip yapıları. Bu özellikleri sayesinde fibril adı verilen uzun, ince yapılar oluşturacak şekilde birbirlerine yapışabiliyorlar. Amiloidleri, Alzheimer araştırmalarına aşinaysanız duymuş olabilirsiniz. Bunların "yapışkan" yapısı, amiloid beta yığınları oluşmasına neden olur. Bu da beyinde birikerek sinir yapısının dejenere olmasıyla sonuçlanır. Ayrıca amiloidoz hastalığının da sorumlusu bu amiloid kümeleridir.

Gerçekten de bu yığın oluşturacak şekilde kümelenme özelliği nedeniyle birçok bilim insanı amiloidlerin bir "biyolojik hata" olduğunu düşünüyordu. Ancak yeni araştırmalar, bu özellikleri sayesinde amiloidlerin yaşamı başlatıcı bir etkiye sahip olduğunu düşünmemize neden oluyor.

Kendi Kendine Oluşan Amiloidler ve Yaşam

2016 senesinde ETH Zürih'ten bilim insanları, sıradan proteinlerden daha kısa aminoasit zincirleri olarak bilinen peptitlerin (örneğin sadece 5-14 aminoasitten oluşan peptitlerin), ortamda karbonil sülfit bulunması halinde spontane bir şekide amiloid yapılar oluşturabileceklerini göstermişlerdi. Dahası, amiloid fiberlerin enzim-benzeri katalitik özellikte olduğu zaten daha önceden gösterilmişti. Bu da, bilim insanlarını, bu organik bileşiklerin bir araya gelerek hücrelerin oluşmasından önce Dünya'da yaşamı başlatıp başlatamayacağını düşünmeye itti.

İşte bunu araştırmak isteyen bilim insanları, şu hipotezi ileri sürdü: Amiloid diziler, diğer peptitlerin yapımını da katalize ediyor (hızlandırıyor) olabilir.

Araştırmacılar bunu test etmek için DNA primer dizilerinin eşleniği olan amiloid dizileri tasarladılar. Sonrasında bunları farklı miktarlarda aminoasit kümeleriyle ve birkaç yardımcı kimyasal madde ile karıştırdılar. Bu karışımlarda üretilen peptit dizilerini, tasarlanmış primer amiloid yapılarından yoksun karışımlarla kıyaslayan bilim insanları, ortamda amiloid bulunmasının çok büyük avantajlar sağladığını gördüler. Kimyager Roland Riek şöyle diyor:

Bu yetenek, amiloidin kendisi için de işliyor gibiydi. Yani bu moleküller, kendi kendilerini kopyalayabiliyorlar!

Dünya'da Yaşam Nasıl Başladı?

Tüm karmaşıklığını bir kenara koyduğunuzda yaşam, basitçe kendi kendinin kusursuz olmayan kopyalarını yaratmakla ilgilidir. Eğer yeterince kopya üretebilirseniz, bir sonraki nesilde birkaç kopyanız sizden daha da başarılı kopyalar üretebilecektir.

Zamanı geriye sardığımızda, nihayetinde zorlu bir soruya ulaşırız: Var olan en basit canlı formları, günümüzdeki gibi DNA dizileri kullanarak mı kendilerini kopyalıyorlardı, yoksa çok daha basit protein yapıları kullanarak mı?

Bu olasılıkların her ikisi de, katalizörlerden, yani tüm kimyasal süreci hızlandıran bileşiklerden faydalanmaktadır.

RNA Dünyası Hipotezi'ni destekleyen bilim insanları, RNA'nın fiziksel özelliklerini gerekçe göstererek ilk katalizörün RNA olduğunu söylerler. Bu hipoteze göre RNA sayesinde her seferinde daha başarılı nükleotit dizileri üretilmiştir. Belli bir noktadan sonra da diğer proteinler bu süreci düzenlemeye başlamıştır.

RNA-benzeri bazların günümüzden 4 milyar yıl önce de var olduğunu zaten biliyoruz. Ancak büyük moleküllerin üretilebilmesini mümkün kılacak bazı diğer anahtar moleküllerin var olup olmaması ve bunun sürece nasıl etki edeceği gibi konular tartışma yaratmaktadır. Dolayısıyla bazı diğer bilim insanları, bazı diğer erken yaşam hipotezleri üzerinde durmaktadırlar.

Kendi kendilerini kopyalayabilen protein parçacıkları nükleotit kimyasını mümkün kılabilir. Ama bunun olması için, aminoasitlerin nasıl üretilmiş olabileceğinin ve bunların nasıl yeni peptitler üretebildiğinin gösterilmesi gerekmekteydi. İşte amiloidler, aranan cevap olabilir! Araştırmacı Jason Greenwald şöyle diyor:

Dahası, amiloidler erken nükleik asit polimerlerine göre çok daha dayanıklıdır. Ayrıca bilinen katalitik RNA'ların kimyasal yolak karmaşıklığına nazaran çok daha basit bir abiyotik sentez yolağına sahiptirler.

Daha Kat Etmemiz Gereken Yol Uzun

Dürüst olmak gerekirse, bunlar fazlasıyla kontrollü laboratuvar ortamında üretilmiş ürünlerdir. Proteinlerin özellikleriyle oynamak noktasından yaşamı üretme noktasına sıçramak oldukça zordur. Ancak yine de temel prensipler halen geçerli: Amiloidler benzeri kısa peptit dizileri, benzer aminoasit dizilerinin üretimini hızlandırmakta kullanılabilir!

Biyolojideki birçok şey gibi, yaşamın kimyası da muhtemelen hiç de basit olmayacaktır. Metabolik süreçler, RNA üretimi ve amiloid replikasyonu gibi süreçlerin her biri, erken biyokimyasal süreçler sırasında birbiriyle yarışmış, çatışmış, hatta birbirine karışmış olabilir. Riek şöyle diyor:

Hangisinin kesin doğru olduğunu hiçbir zaman ispatlayamayacağız. Bunu yapmak için, evrimsel tarihte en az 4-5 milyar yıl geriye gitmemiz gerekirdi. Ancak tahminimiz, bu süreçlerden tekil bir tanesinin değil; her birinin farklı molekülleri üretmek suretiyle yaşamın yaratılışında görev aldığıdır.