RNA Dünyası (RNA World) hipotezi; Dünya’da yaşamın, hem DNA gibi genetik bilgiyi taşıyıp kendi kendini kopyalayabilme hem de proteinler gibi kimyasal reaksiyonları yürütebilme özelliklerine sahip RNA (ribonükleik asit) molekülü ile başladığını önermektedir. RNA oluşumundaki adımlardan yaşamın başlangıcını çalışan araştırmacıların en merak ettikleri konu ise ribozun, günümüze ulaşan RNA molekülü için eşsiz şeker bileşeni olarak seçilimindeki gizemdir. Bazı bilim insanları ribozun biyolojik evrim yoluyla seçildiğini savunurken diğerleri biyolojik yaşamdan önce kimyasal sebeplerle seçildiğini düşünmektedir.
Riboz seçilimi hakkında birçok hipotez geliştirilip test edilmesine rağmen hala daha genel, etkili ve prebiyotik olarak makul bir çözüm bulunamamıştır. Bu hipotezlerin en büyük kısıtlamaları ise çalışmalarda ribozun diğer pentozlarla karşılaştırılmamış olması; karşılaştırıldığında ise kayda değer bir farkın gözlemlenmemesi ve Formoz reaksiyonunun şekerlerin birincil kimyasal kaynağı olarak varsayılmasıdır. Zhao ve Wang yaptıkları çalışma ile metal-doped-clay (MDC) ve mikroakış teknolojisinden yararlanarak RNA’nın eşsiz şeker bileşeni olan ribozun doğal seçilimi hakkındaki gizeme ve hipotezdeki diğer problemlere ışık tutmayı amaçlamıştır.
Araştırmacılar öncelikle, eğer riboz bir şeker karışımından fiziksel olarak izole edilebiliyorsa seçilimin sentetik reaksiyon sırasında mı yoksa sonrasında mı gerçekleştiğinin ve hatta hangi reaksiyonların şeker oluşumuna katkı sağladığının bir önemi olmadığını düşünmüştür. Bu olasılığı test etmek için yayınlanmış literatürde bildirilen riboz ve diğer şekerlerin çeşitli kromatografi koşullarındaki tutunma (retention) davranışlarını incelemek üzere bir meta-analiz gerçekleştirmiştir. İncelenen tüm örneklerde bir monosakkarit karışımı, farklı durağan (stationary) faz ve elüsyon koşullarına sahip iyon ya da ligand değişim kromatografisi ile ayrıştırıldığında, riboz şaşırtıcı bir şekilde en çok tutunma gösteren şeker olarak ortaya çıkmıştır ve bu da ribozun diğer pentozlara göre eşsiz iyon veya ligand değişim yeteneğine sahip olduğuna işaret etmektedir.
Erken Dünya’nın kayalıklardan oluşan bir gezegen olduğu, birçok kil mineralinin katyon-değişim özellikleri ve RNA sentezi için katalitik aktivite gösterebileceği bilinmektedir; bununla birlikte, ligand değişim kromatografisi de durağan faza bağlı metal katyonlara ihtiyaç duymaktadır. Bu sebeple araştırmacılar, bir kil mineralinin metal katyonla değiş tokuşunun ya da adsorbe edilmesinin, durağan faz gibi işlev görüp ribozun Formoz gibi reaksiyonlarla oluşan karbonhidratlardan ayrışmasını sağlayan doğal bir çevre için mükemmel bir analog olabileceğini düşünmüştür. Önceki riboz seçilimi hipotezlerinin aksine, riboz ile metal etkileşiminin, ribozu daha kararlı ve nükleotid sentez reaksiyonları için daha reaktif hale getireceği beklenmektedir.
Farklı metal ve kil mineral kombinasyonlarıyla yapılan MDC deneylerini takiben yapılan yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) analizleri sonucunda riboz; Cu2+-kaolinit, Cu2+-montmorillonit, Cu2+-mika, Fe2+-kaolinit, Fe2+-montmorillonit ve Fe2+-mika kombinasyonlarında yüksek selektif tutunma göstermiştir. Daha sonra, biri Cu2+-kaolinit katmanlı mikroflow teknolojisini, diğeri on tane monosakkaritten oluşan bir şeker karışımının montmorillonit ve dört farklı tuz (CaCl2, MgCl2, CuCl2 ve FeCl2) ile karıştırılmasını içeren iki prebiyotik simülasyon gerçekleştirilmiştir. Yapılan HPLC analizleriyle, ribozun en yüksek seçiciliğe sahip ve MDC’de en çok adsorbe edilen şeker olduğu gözlemlenmiştir. MDC-riboz kompleksinin eşsiz kararlılığı, bir hesaplamalı kuantum modelleme yöntemi olan yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ile aydınlatılmıştır.
Daha genel bir prebiyotik senaryo için araştırmacılar 4, 5 ve 6 karbonlu şekerleri üreten bir Formoz reaksiyonu gerçekleştirmiştir. Likit kromatografi-kütle spektrometresi (LC-MS) analizi, ribozun, kaolinit ile dört farklı tuzun karışımıyla (multimetal-doped-kaolinit) elde edilen MDC’de en çok adsorbe edilen şeker olduğunu göstermiştir. Bu sonuç, MDC’nin, verimsiz ve seçici olmayan Formoz reaksiyonunu riboz-spesifik yapabilme ve ribozu zenginleştirerek RNA sentezi için yeterli hale getirebilme potansiyelini açığa çıkarmaktadır; ayrıca, ribozun alkalin olan Formoz reaksiyonunda degredasyonu da daha az alkalin olan MDC ile önlenebilmiştir.
Sonuç olarak bu çalışma, ribozun hem eşsiz ligand değişim kapasitesi sayesinde sentez yolundan, seçiciliğinden ve veriminden bağımsız olarak dinamik bir ayrışma işleminde zenginleştirilebileceğini hem de MDC sayesinde yaklaşan RNA sentezi reaksiyonları için kararlı hale gelebileceğini öne sürmektedir. Çalışmada, metallerle kil mineralleri arasında keşfedilen sinerji, ribozun mineral bazlı evrim hipoteziyle Formoz reaksiyon tabanlı sentez hipotezi arasında köprü olmaktadır.
Yazar: Ece Güven
Editör: Elif Duymaz
Referans: Zhao, Z., Wang, X. (2021). A plausible prebiotic selection of ribose for RNA – formation, dynamic isolation, and nucleotide synthesis based on metal-doped-clays. Chem, 7(12), 3292-3308. https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.09.002
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
ODTÜ Biyoloji