Yaşamın Kimyasını Araştırmak: DNA Baz Çiftlerini Oluşturmanın Muhtemel Yeni Yolu

5
Bir öğütme kavanozunda nükleobaz tozu ve çelik bilyalar. Katkı Sağlayanlar: Rudjer Boskovic Enstitüsü, Tomislav Stolar

Yaşamın kimyasal kökenlerini araştıran araştırmacılar, karakteristik DNA modelinin ortaya çıkması için olası bir alternatif yol buldular: Deneylere göre, karakteristik DNA baz çiftleri, su veya başka çözücüler olmadan kuru ısıtma yoluyla oluşabilir. Rudjer Boskovic Enstitüsü’nden Ivan Halasz ve ilaç şirketi Xellia’dan Ernest Mestrovic liderliğindeki ekip, DESY’nin X-ışını kaynağı PETRA III’teki gözlemlerini Chemical Communications dergisinde sunuyor.

Gazetenin ilk yazarı olan Zagreb’deki Rudjer Boskovic Enstitüsü’nden Tomislav Stolar, “Yaşamın kökeni arayışındaki en ilgi çekici sorulardan biri, kimyasal seçimin nasıl gerçekleştiği ve ilk biyomoleküllerin nasıl oluştuğudur” diyor. Canlı hücreler, sofistike mekanizmalarıyla biyomoleküllerin üretimini kontrol ederken, yaşamın ilk moleküler ve süper moleküler yapı taşları muhtemelen saf kimya ve enzim katalizi olmadan yaratıldı. Bilim adamları, çalışmaları için Deoksiribonükleik Asitte (DNA) moleküler tanıma birimleri olarak işlev gören nükleobaz çiftlerinin oluşumunu araştırdılar.

Genetik kodumuz DNA’da nükleobazlar adenin (A), sitozin (C), guanin (G) ve timin (T) tarafından hecelenen spesifik bir dizi olarak saklanır. Kod, çift sarmal bir yapıda sarılmış iki uzun, tamamlayıcı şerit halinde düzenlenmiştir. İpliklerde, her bir nükleobaz diğer iplikçikte tamamlayıcı bir partnerle eşleşir: timin ile adenin ve guanin ile sitozin.

“DNA’da yalnızca belirli eşleşme kombinasyonları oluşur, ancak nükleobazlar izole edildiğinde birbirlerine bağlanmayı hiç sevmezler. Öyleyse doğa neden bu baz çiftlerini seçti? ” Stolar diyor. DNA çift sarmal yapısının 1953’te James Watson ve Francis Crick tarafından keşfedilmesinden sonra nükleobazların eşleştirilmesiyle ilgili araştırmalar arttı. Bununla birlikte, prebiyotik olarak makul kabul edilebilecek koşullarda spesifik nükleobaz eşleşmesini sağlamada çok az başarı olması oldukça şaşırtıcıydı. .

DESY’den ortak yazar Martin Etter, “Farklı bir yol keşfettik” diyor. “Baz çiftlerinin mekanik enerjiyle mi yoksa sadece ısıtmayla mı üretilebileceğini bulmaya çalıştık.” Ekip, bu amaçla metillenmiş nükleobazlar üzerinde çalıştı. İlgili nükleobazlara bağlı bir metil grubuna (-CH3) sahip olmak, prensip olarak bunların molekülün Watson-Crick tarafında hidrojen bağları oluşturmalarına izin verir. Metillenmiş nükleobazlar, çeşitli biyolojik işlevleri yerine getirdikleri birçok canlı organizmada doğal olarak meydana gelir.

Laboratuvarda bilim adamları öğütme yoluyla nükleobaz çiftleri üretmeye çalıştılar. İki nükleobazın tozları, öğütme ortamı olarak görev yapan çelik bilyelerle birlikte bir öğütme kavanozuna yüklenirken, kavanozlar kontrollü bir şekilde çalkalandı. Deney, daha önce diğer bilim adamları tarafından da gözlemlenen A: T çiftlerini üretti. Ancak öğütme, G: C çiftlerinin oluşumunu sağlayamadı.

İkinci bir adımda, araştırmacılar öğütülmüş sitozin ve guanin tozlarını ısıttılar. Stolar, “Yaklaşık 200 santigrat derecede, gerçekten de sitozin-guanin çiftlerinin oluşumunu gözlemleyebildik” diyor. Bazların sadece termal koşullar altında bilinen çiftleri oluşturup oluşturmadığını test etmek için ekip, DESY’nin X-ışını kaynağı PETRA III’ün P02.1 ölçüm istasyonunda üç ve dört nükleobazın karışımlarıyla deneyleri tekrarladı. Burada karışımların detaylı kristal yapısı ısıtma sırasında izlenebilmekte ve yeni fazların oluşumu gözlemlenebilmektedir.

Ölçüm istasyonunun başı Etter, “Yaklaşık 100 santigrat derecede, adenin-timin çiftlerinin oluşumunu ve yaklaşık 200 santigrat derecede Watson-Crick guanin ve sitozin çiftlerinin oluşumunu gözlemledik” diyor. “Başka hiçbir baz çifti, eriyene kadar daha fazla ısıtıldığında bile oluşmadı.” Bu, nükleobaz eşleşmesinin termal reaksiyonunun DNA’daki ile aynı seçiciliğe sahip olduğunu kanıtlar.

Stolar, “Sonuçlarımız, DNA’da gözlemlediğimiz moleküler tanıma modellerinin nasıl oluşmuş olabileceğine dair olası bir alternatif yol gösteriyor” diye ekliyor. “Deneyin koşulları, yanardağlar, depremler, göktaşı çarpmaları ve diğer her türlü olay ile sıcak, kaynayan bir kazan olan genç Dünya için makul. Elde ettiğimiz sonuçlar, yaşamın kimyasal kökenlerini araştırmak için birçok yeni yol açıyor. ” Ekip, P02.1’deki takip deneyleri ile bu rotayı daha fazla araştırmayı planlıyor.

DESY, dünyanın önde gelen parçacık hızlandırıcı merkezlerinden biridir ve küçük temel parçacıkların etkileşiminden ve yeni nanomalzemelerin ve hayati biyomoleküllerin davranışından evrenin büyük gizemlerine kadar maddenin yapısını ve işlevini araştırır. DESY’nin Hamburg ve Zeuthen’deki lokasyonlarında geliştirip ürettiği partikül hızlandırıcılar ve detektörler benzersiz araştırma araçlarıdır. Dünyadaki en yoğun X-ışını radyasyonunu üretirler, enerjileri kaydetmek için parçacıkları hızlandırırlar ve evrene yeni pencereler açar. DESY, Almanya’nın en büyük bilimsel birliği olan Helmholtz Derneği’nin bir üyesidir ve finansmanını Alman Federal Eğitim ve Araştırma Bakanlığı (BMBF) (yüzde 90) ve Almanya’nın Hamburg ve Brandenburg eyaletlerinden (yüzde 10) almaktadır.

Referans: Tomislav Stolar, Stipe Lukin, Martin Etter, Masa Rajic Linaric, Krunoslav Uzarevic, Ernest Mestrovic ve Ivan Halasz, 9 Eylül 2020, Chemical Communications tarafından “katı haldeki model nükleobazların eşleşmesinde DNA’ya özgü seçicilik”.


YORUM YAP

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz