İlk Organik Moleküller, Koaservat ve Kimyasal Evrim Üzerine

İlk Organik Moleküller, Koaservat ve Kimyasal Evrim Üzerine

Yazarlar: Necdet Ersöz (Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi, Evrimsel Tıp Ekibi)

Özet

Bu çalışmadaki amacımız, yeryüzünde oluşan ilk organik molekülleri, koaservat yapısını ve bunların oluşum süreçlerini belirleyerek kimyasal evrim kavramı üzerine detaylı bir giriş yapmaktır.

Makale Bölümleri

  • Kimyasal Evrim Terimi
  • Miller-Urey Deneyi
  • Nükleobazların Prebiyotik Sentezi

image004

İçerik/Giriş

Kimyasal Evrim Terimi

“Kimyasal evrim” terimi, Nobel ödüllü bilim insanı Melvin Calvin’in ortaya attığı bir terimdir. Kimyasal evrim, prebiyotik yeryüzü koşullarında küçük inorganik moleküller ve belirli kimyasal elementlerden biyolojik olarak önemli birtakım organik moleküllerin sentez süreci olarak tanımlanabilir. Kimyasal evrime göre, yeryüzündeki ilkin organik moleküller, basit aminoasitler, yağ asitleri ve nükleobazlar gibi temel yapı taşlarıdır. Bu yapı taşları, sonraki aşamalarda makromolekülleri oluşturmuştur. Sözünü ettiğimiz temel yapı taşlarının nerede ve nasıl sentezlendiğine yönelik birtakım teoriler bulunmaktadır. Bunlardan biri, ilkin organik moleküllerin, hâlihazırda oluşmuş hidrosferde ya da litosferde oluşma olasılığına ilişkindir. Bu katmanlarda oluşmuş muhtemel biyomoleküllerin öncülleri CO, CO2, CH4, H2O, N2 ve NH3 gibi moleküllerdir. Bir başka görüşe göre, yaşamı meydana getirecek olan biyomoleküller, yeryüzüne dışarıdan gelmiş olabilir. Yeryüzünün içindeki süreçleri açıklayan senteze endojen, dışarıdaki bir oluşumu ve yeryüzüne dışarıdan gelen molekülleri açıklayan senteze de eksojen sentez adı verilir. Yeryüzündeki organik moleküllerin kaynağının her iki sentez de olması da mümkündür.

Bilim insanları, organik moleküllerin yeryüzü koşullarında nasıl sentezlenebileceğine ilişkin bilimsel araştırmaları temelde aşağıdaki üç yönde yürütmektedir:[1]

  • Laboratuvarda hassas simülasyon deneyleri
  • Teorik modeller
  • Biyomoleküllerin kaynağı olabilecek bölgelerin doğrudan gözlenmesi

Miller-Urey Deneyi

Stanley Miller ve onun doktora danışmanı olan bilim insanı Harold Urey, ilkin atmosferi laboratuvar koşullarında taklit ederek inorganik birtakım maddelerden, organik bileşenler elde etmeye çalışmışlardır. Beklentilerine göre, basit birtakım öncüllerden oldukça geniş bir çapta organik moleküllerin edilmesi, laboratuvar koşullarında mümkündür. Miller ilk olarak hazırladığı CH4, NH3, H2O ve H karışımını laboratuvar şartlarına uygun hâle getirip üzerlerine, ilkin yeryüzünde olduğu gibi bir enerji uygulamıştır. Birkaç denemeden sonra, deney başarıya ulaşmış, özellikle basit aminoasitler olan glisin ve alanin sentezlenmiştir. Ayrıca formik asit, laktik asit ve glutamik asit de sentezlenmiştir. Ancak beklendiği gibi, oldukça çeşitli bir biyomolekül ortamı elde edilememiştir. Yapılan deneyler, 1953 yılında Science[2] dergisinde yayımlanmıştır.

Bu deney, her ne kadar yaşamın organik çeşitliliğini doğrudan açıklayamasa da, yaşama temel olan birtakım organik moleküllerin, doğada kendiliğinden oluşumuna yönelik başarılı ve test edilebilir sonuçlar içeren bir çalışma olduğu için başarılıdır; ayrıca yaşamın kökeni problemine olgusal açıdan getirilen ilk delil olma niteliğindedir. Miller-Urey deneyi, yapıldığı dönemde ve sonraki yıllarda oldukça ilgi çekmiş, günümüze gelene dek probiyotik yeryüzünde organik moleküllerin oluşumuna yönelik pek çok deney yapılmış, diğer aminoasitlerin sentezleri farklı koşullarda gerçekleşmiştir.

Nükleobazların Prebiyotik Sentezi

Miller-Urey deneyinden birkaç yıl sonra, J. Ono laboratuvarda adenin sentezlemeyi başarmıştır. Adenin sentezi çok önemlidir; çünkü bu baz, yalnızca nükleik asitlerin yapısına katılmakla kalmayıp ATP gibi çok önemli metabolik yapıların da içerisinde bulunur. Oro, 1960 ve 1961 yıllarında yaptığı deneylerinde amonyum siyanidi 343 K’e kadar ısıtmış[3], son ürün olarak adenin türevleri elde etmiştir.[4] Yıllar sonra Schwartz tarafından yapılan bir çalışmada, adenin sentezinin formaldehit yardımıyla hızlandırılabileceği bulunmuştur.[5] Ayrıca N ve CH4 bulunduran bir gaz fazında gerçekleştirilen elektriksel değişimler siyanoaldehit oluşturmuş, bu tepkimenin ürünleriyle ürenin tepkimesi sonucunda da sitozin meydana gelmiştir.[6]

1996 yılında Robertson ve ekibi tarafından başarılı bir şekilde sitozin ve urasil sentezi gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada Robertson, siyanoaldehitle ve üre ile senteze başlamıştır.[7] Ancak, deneyin başarısına rağmen, üzerinde düşünmeye bir problem vardır. O da, deneyde kullanılan yoğunluktaki ürenin,  ilkin yeryüzü okyanuslarında bulunup bulunmadığıdır. Bunun üzerine, bu tip sentezlerin, geniş okyanusler yerine, nispeten daha dar ve suyun buharlaşması neticesinde daha yoğun ve sınırlı ortamlarla meydana gelmiş olabileceği düşüncesi ortaya atılmıştır. Buna literatürde “lagün modeli” adı verilmektedir.

Not: Bu makale, ele alınan konuya dair yapılan çalışmamızın son hâli olmayıp kısmî olarak boşluklar barındırmaktadır. Çalışma, ilerleyen günlerde geliştirilecek ve yeni eklenen bilgilerle tekrar düzenlenecektir. 

Referanslar

[1] Raulin F (2000) Orig Life Evol Biosphere 30:116

[2] Miller, S. .L. (1953). A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions. Science, 117(3046), 528-529. Retrieved 17 March, 2016, from http://dx.doi.org/10.1126/science.117.3046.528

[3] Or´o J (1960) Biophys Biochem Res Commun 2:407

[4] Or´o J (1961) Nature 191:1193

[5] Schwartz AW, Goverde M (1982) J Mol Evol 18:351

[6] Sanchez RA, Ferris JP, Orgel LE (1968) J Mol Biol 38:121

[7] Robertson MP, Levy M, Miller SL (1996) J Mol Evol 43:543

Reklamlar

Soru, Görüş ve Eleştirileriniz: (Uygunsuz İçerikler Kaldırılacaktır)

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Connecting to %s