Strazburg Üniversitesi'nden Joseph Moran liderliğinde bir ekip, iki küçük biyomolekül olan glioksilat ile pirüvatın demir tuzu zengini suda karıştırılması sonucunda, canlılığın temel biyokimyasını andıran bir tepkime ağının ortaya çıktığını buldu. Nature dergisinde yayımlanan bir makalede ayrıntıları verilen bu keşif, Dünya'nın erken dönemlerinde kimyanın ilk canlılığın belirmesine nasıl zemin hazırladığına ışık tutabilir.

Yeryüzündeki yaşamın kökenlerini araştıran bilimciler, 4 milyar yıl önce canlılığın biyokimyasının nasıl başladığını açıklamak için uzun süredir uğraşıyordu. Biyokimya karbon, oksijen ve hidrojenden oluşan sadece 5 tane evrensel metabolik öncü madde (asetat, pirüvat, oksaloasetat, suksinat ve ketoglutarat) çevresinde şekillenir; büyük bir şehirdeki ağır trafiğin birkaç transit merkezi çevresinde şekillenmesi gibi. Sayısız alternatif arasından, canlılığın neden kullanmakta olduğu molekülleri ve kimyasal tepkimeleri kullandığı ise bütünüyle bir gizemdi.

Tavuk mu Yumurtadan, Yumurta mı Tavuktan?

Strazburg ekibi, son birkaç yıldır biyolojik metabolizmanın kökenleri üzerinde çalışıyordu. "Biyolojik metabolizmanın, benzer aracıları ve dönüşümleri kullanan yakından ilişkili bir kimyasal öncü maddeye sahip olmuş olduğu fikri çekici bir seçenek," diyor Moran. Grup bir süre önce, mikropların karbon dioksitten asetat (iki karbon) ve pirüvat (üç karbon) üretmek için kullandığı bir dizi tepkime olan AcCoA yolağının tamamen kimyasal bir eşdeğerini yeniden yaratmıştı.

Karbon dioksitten yapılan yapı taşlarından, üçten fazla karbondan büyük bileşenler inşa etme noktasında ise ilerleme durmuştu. Böyle beceriler sergileyebilmek için, yaşam karmaşık enzimlere ve bir kimyasal enerji taşıyıcısına yani ATP'ye güvenir. Ama hem enzimler hem de ATP, yaşamın olmadığı bir Dünya'da varolamayacak karmaşık yapılardır. O halde canlılık, enzimlerden ve ATP'den önce biyokimyasını nasıl inşa etmiştir?

Glioksilat & Pirüvat

Moran keşfi sağlayan şeyin, bir kimyasal metabolizmanın, resmin bütününü korurken, bugün yaşamda işlediğinden biraz farklı bir şekilde işlemiş olabileceğinin farkına varmaları olduğunu söylüyor. Ekip, iki karbonlu bir metabolit olan glioksilatın, kuramsal biyolog Daniel Segrè tarafından daha önce yayımlanmış bir modeldeki merkezi rolünden esinlenmiş. Bir diğer ipucu da, pirüvat ile glioksilatın suda C-C bağları oluşturmak için kolayca tepkidiklerini raporlayan organik kimyacılar Ram Krishnamurthy ile Greg Springsteen'den gelmiş.

Moran'ın ekibinden doktora sonrası araştırmacısı ve çalışmanın başyazarı olan Kamila Muchowska şöyle anlatıyor: "Ilık, demir zengini suda glioksilat ile pirüvatı karıştırdık ve 20'den fazla biyolojik ara ürünlü bir tepkime ağına yol açtığını kaydettik; bu ara ürünler arasında altı karbonlular kadar büyükler de var." Ağın karmaşıklığı zamanla artmakla kalmayıp, ara ürünleri de karbon dioksite geri parçalıyor; tıpkı yaşamın yaptığı gibi. "Bu şekilde elde edilen yaşam benzeri kimyasal sistem, kavramsal olarak biyolojik anabolizma ve katabolizma işlevlerini anımsatıyor; enzime gerek yok, sadece demir ekleyin," diyor Moran.

Amino Asitler

Çalışma kapsamında araştırmacılar, eğer bir azot kaynağı ve bir elektron kaynağı sisteme eklenirse ne olduğunu sınadı. "Deneye hidroksilamin ve metalik demir ekleyince, tepkime ağı dört biyolojik amino asit üretti," diyor ekipten Sreejith Varma. Moran şunu ekliyor: "İlginçtir; genetik kodda bu aynı dört amino asitin hepsi de G ile başlayan kodonlara sahip ki bu da metabolizma ile genetik kodun paralel olarak belirdiği düşüncesini destekliyor."

Yeni keşfedilen tepkime ağının, bilinen biyolojik çevrimlerle o kadar fazla ortak yanı var ki, ekip Krebs ve glioksilat çevrimlerinin bütünüyle kimyasal kökenli olup olmadığını merak ediyor. "Kimyasal metabolizmanın, ATP ve enzimlerin varlığından önce, biyolojik çevrimlerin öncü maddelerini bu yolla yapılandırmış olabileceğini düşünüyoruz," diyor Muchowska. Ekibin bundan sonraki çalışmaları, tepkime ağının farklı elementlere yanıt olarak nasıl değişebildiğini görmek ve genetiğin moleküllerini oluşturup oluşturamayacağını anlamak olacak.