Yaşamı ortaya çıkarmış olabilecek proteinlerin sırrı çözülüyor

David Nield

Yaşamın gezegenimizde ilk kez nasıl ortaya çıktığı sorusunu henüz tam olarak cevaplayamamış olsak da bilim sürekli biçimde cevaba daha da yaklaşıyor ve yeni sonuçlanan bir çalışma, yaşamı ortaya çıkarmış olabilecek proteinlerin yapılarını belirliyor.

Araştırmayı gerçekleştiren ekip, başlangıç olarak, bildiğimiz türden yaşamın enerji toplamaya ve kullanmaya bağlı olduğu önermesinden yola çıkmaya karar verdi. Eski Dünya’nın ilkel karışımında, bu enerji büyük ihtimalle gökyüzünden, yani Güneş’ten yayılan radyasyon biçiminde ya da Dünya’nın derinliklerinden, yani eski denizlerin dibinde bulunan hidrotermal bacalardan sızan ısı olarak sağlanmış olmalıydı.

Bu enerji kullanımı, moleküler düzeyde, bir atomdan ya da molekülden diğerine hareket eden bir elektronu barındıran bir temel kimyasal işlem olan ‘elektron transferi’ anlamına gelir. Elektron transferi, yaşamın kimi temel işlevleri açısından kritik öneme sahip (‘redoks reaksiyonları’ adıyla da bilinen) oksidasyon-redüksiyon* tepkimelerinin merkezinde yer alır.

METALLERİN VE PROTEİNLERİN KRİTİK İLİŞKİSİ ANLAŞILDI

Elektron transferini gerçekleştirmek söz konusu olduğunda metaller en işlevsel elementler olduğu ve ‘protein’ adı verilen karmaşık moleküller biyolojik süreçlerin büyük kısmını yönlendiren unsur olduğu için, araştırmacılar iki öğeyi birleştirmeye ve metalleri bağlayan proteinleri aramaya karar verdiler.

Metal bulucu proteinlerini karşılaştırmak için metodik, bilgisayarlı bir teknik kullanıldı ve bu yaklaşım protein işlevselliğiyle, bağlandığı metalle ya da ilgili organizmadan bağımsız biçimde hepsiyle eşleşen kimi ortak özellikleri gözler önüne serdi.

ABD’nin New Jersey kentinde bulunan Rutgers Üniversitesi’nin New Brunswick yerleşkesinde mikrobiyolog olarak görev yapan Yana Bromberg, “Proteinlerin kendileri olmasa da var olan proteinlerin metal bağlayıcı çekirdeklerinin gerçekten de benzer olduğunu keşfettik” diyor: “Dahası, bu metal bağlayıcı çekirdeklerin çoğunlukla Lego bloklarını andıran biçimde kendini tekrarlayan alt yapılardan meydana geldiğini gördük. İlgi çekici biçimde, bu bloklar yalnızca metal bağlayıcı çekirdeklerde değil, proteinlerin farklı kısımlarında ve araştırmamızda hesaba katılmayan diğer pek çok proteinde de keşfedildi.”

MİLYARLARCA YILLIK BİR EVRİMİN ESERİ

Araştırmacılar, bu ortak özelliklerin en eski proteinlerde de mevcut ve işlevsel olabileceğini, zaman içinde şu anda gördüğümüz proteinler haline gelecek biçimde değişime uğrarken kimi ortak yapıları da koruduğunu öne sürüyorlar. Bunun altında yatan düşünce, günümüzden milyarlarca yıl önce Dünya yüzeyini kaplayan Archean Okyanusu’nda bulunan çözünür metallerin, enerji transferi ve buna bağlı olarak biyolojik yaşam için gerekli olan elektron karışımına güç sağlamak için kullanılmış olabileceğidir.

Bromberg, “Yaptığımız gözlem, bu küçük yapı taşlarında gerçekleşen yeniden düzenlemenin yalnızca bir tane ya da çok az sayıda ortak ataya sahip olabileceğini ve bu atanın günümüzde var olan tüm protein yelpazesinin ve işlevlerinin önünü açabileceğini ortaya koyuyor” diyor: “Yani, bildiğimiz türden yaşamın…”

Ekip, özellikle, proteinlerin biyolojik bazda aktif hale geldikleri esnada dönüştükleri şekiller olan ‘protein kıvrımlarındaki’ evrimleri belirleyebildi; bu durum, bugün bildiğimiz proteinleri neredeyse moleküler bir aile ağacı projesiymişçesine üretmiş olabilir.

SENTETİK BİYOLOJİNİN ÖNÜNÜ AÇABİLECEK BİR BULUŞ

Araştırma, bunun yanı sıra proteinlerin daha küçük sürümleri ve biyolojik bağlamda işlevsel olan peptitlerin, ortaya çıkışı 3.8 milyar yıl öncesine dek uzanan en eski proteinlerden daha önce meydana gelmiş olabileceği neticesine varıyor. Bunların tamamı, hayatın ilk kez nasıl ortaya çıktığına ilişkin anlayışımıza katkı sunuyor.

Her zaman olduğu üzere, Dünya’daki yaşamın ortaya çıkışına dair gerçekleştirilen herhangi bir analiz, yaşamın benzer biyolojik yolları izleyerek gelişmeye başlayabileceği (ya da hâlihazırda evrimleşmiş olabileceği) diğer gezegenlerdeki yaşam arayışında da kritik öneme sahip olabilir.

Bromberg, “Gezegenimizde yaşamın nasıl ortaya çıktığına ilişkin çok az bilgiye sahibiz ve araştırmalarımız daha önce ulaşılamamış olan bir açıklamaya da katkı sağlıyor” diyor: “Bu açıklama, diğer gezegenlerde ve gezegen benzeri cisimlerde süren yaşam arayışımıza da potansiyel olarak katkı sunabilir. Belirli yapısal yapıtaşlarını keşfetmemiz, büyük ihtimalle bilim insanlarının özellikle de aktif proteinleri yeniden inşa etmeyi amaçladığı sentetik biyoloji çabalarına da katkı sağlayabilir.”

Araştırmanın ayrıntıları Science Advances adlı dergide yayınlandı.

*Oksidasyon ya da yükseltgenme, elektronların bir atom ya da molekülden ayrılmasını sağlayan kimyasal tepkimedir. Redüksiyon ya da indirgenme, bir atomun elektronu kendisine bağlamasını sağlayan kimyasal tepkimedir.

Yazının orijinali Science Alert sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)