Bir RNA cebinde yaşamın kökeni

Yaşamın Kökeni—RNA Cebinde

Protribozom kavramı. (A) D. radiodurans’ın (PDBID 1NKW) büyük ribozomal alt biriminin rRNA iskelesi içinde mavi (A-reg) ve yeşil (P-reg) ile işaretlenmiş simetrik bölge. (B) 2 katlı yarı simetrik kısımların gösterildiği protoribozomun yakından görünümü. Görünüm, sözde simetri 2 katlı ekseni boyuncadır. PTC’nin merkezi turuncu bir elips ile işaretlenmiştir. (C) PTC’yi çevreleyen rRNA’nın simetriyi gösteren iki boyutlu bir yapı diyagramı. A- ve P-reg nükleotidleri, sırasıyla mavi ve yeşil arka planlar kullanılarak işaretlenmiştir. 23S rRNA sarmal numaraları siyah etiketlerle işaretlenmiştir. E. coli’ye göre nükleotid numaralandırması gösterilmiştir. (D) Çeşitli filogenetik sınıfları temsil eden çeşitli organizmalardan ribozom yapılarının simetrik bölgesinin kaplaması: bakteri (sırasıyla arduvaz ve açık mavi renkte D. radiodurans ve E. coli), Maya (soluk camgöbeği renginde S. cerevisiae), parazit ( L. donovani mavi) ve İnsan ribozomları (sırasıyla yakut ve açık pembe renkte sitozolik ve mitokondriyal) (kullanılan PDBID şunlardır: sırasıyla 1NKW, 4V4Q, 4V7R, 3JCS, 4U60 ve 3J7Y). Ortadaki kırmızı nokta, düzleme dik olan varsayılan simetri ekseninin konumunu temsil eder. (E) A bölgesi ve P bölgesi tRNA’larının CCA-3′ ucu, bakteriyel ribozomun simetrik bölgesi (PDBID 1NKW) üzerine bindirildi. Görünüm, kırmızı ile gösterilen yarı simetrik 2 katlı eksene diktir. Kredi: Nükleik Asitler Araştırması (2022). DOI: 10.1093/nar/gkac052

Bu hikaye birkaç milyar yıl önce başlıyor. Sadece kimya var, biyoloji yok – yani Dünya’da pek çok kimyasal bileşik var ama hayat henüz ortaya çıkmadı. Ardından, rastgele kendiliğinden oluşan sayısız kimyasal yapı arasında, küçük bir RNA moleküler makinesi, geleceğin proteinlerinin yapı taşları olan aktifleştirilmiş amino asitler arasında bağlar oluşturmak için mükemmel bir şekilde uygun olduğunu ortaya koyuyor.

Gezegenimizin hikayesinde bir dönüm noktası: Yaşam için gerekli biyolojik moleküller olan proteinlerin sentezi artık başlayabilir. Prof. Ada Yonath ve Weizmann Bilim Enstitüsü’ndeki ekibi, o anı laboratuvarda yeniden yarattıklarına inanıyor ve bunun nasıl olabileceğini gösteriyor. İlkel peptit bağı yapma makinesine gelince, bunun bakterilerden bitkilere ve hayvanlara kadar tüm canlı organizmaların hemen hemen her hücresinde, biz de dahil olmak üzere hala mevcut olduğunu keşfettiler.

Ekibin projesinin arkasındaki teori, yaklaşık 20 yıl önce Yonath’ın laboratuvarında ribozomun yapısını ve işlevini belirleme sürecinde yapılan şaşırtıcı bulgulardan doğdu – daha sonra ona 2009 Nobel Kimya Ödülü’nü kazandıracak araştırma. Ribozom, yaşamın temel süreçlerinden birini gerçekleştirir: DNA’daki bilgilere dayalı protein üretimi.

Yonath’ın Weizmann’ın Kimyasal ve Yapısal Biyoloji Departmanındaki laboratuvarında kıdemli bir bilim insanı olan Dr. Anat Bashan, “Bu protein yapma makinesinin yapısında şaşırtıcı bir özellik keşfettik” diyor. “Ribozom, hiç de simetrik olmayan muazzam bir makromoleküldür; kalbinde, bir cep oluşturmak üzere bir araya getirilmiş iki yarı simetrik eleman içerir.”

Yonath, “Bu cebin tüm organizmaların ribozomlarında bulunması gerçeğinden özellikle etkilendiklerini” söylüyor. Ve tüm eylemin gerçekleştiği yer burasıdır – bir proteini oluşturan bağlı amino asitler zincirini oluşturan tüm peptit bağları buradadır. Bu temel mekanizmanın evrim boyunca değişmeden kalmış olmasının nedeni budur.”

Protoribozomla tanışın: Bilim adamlarının bu cep benzeri yapı dediği şey budur. Protoribozomun, yaşam öncesi döneme kadar uzanan eski bir makine olan tüm modern ribozomların atası olduğunu varsaydılar. Hücrenin boyutuna kıyasla, proribozom oldukça küçüktür. Modern ribozomun boyutlarının yüzde 5’inden daha azını oluşturan iki yarı simetrik bileşeninin her biri için yaklaşık 60 olmak üzere yaklaşık 120 nükleotit içeren RNA moleküllerinden oluşur: bakterilerde yaklaşık 4.500 nükleotit ve insanlarda yaklaşık 6.000 nükleotid

Yonath ve ekibine göre senaryo şöyle gelişti:

Protribozom, bir grup RNA nükleotid zincirinin bir cep oluşturmak üzere iki yarı simetrik duvarda kendi kendine bir araya gelmesiyle ortaya çıktı. Sonsuz sayıda başka yapı aynı zamanda kazara kendi kendine bir araya gelmiş olmalı, ancak proribozom hayatta kaldı, “viral hale geldi”, çünkü yararlı işlevleri yerine getirdi ve RNA’nın içsel yetenekleri sayesinde kendi kendini kopyalayabildi.

Bu cepte iki aktif amino asit birbiriyle etkileşime girdiğinde, mevcut kimyasal koşulların kolaylaştırdığı bir bağ oluşturdular. Bu amino asitler Dünya’da ortaya çıkmış olabilir veya bazılarının iddia ettiği gibi, uzaydan gelen asteroitlerle birlikte inmiş olabilir, ancak kökenleri hikayemizle alakasız. Önemli olan, protoribozom içinde iki aktif amino asidin birbirine bağlanabilmesidir. Daha sonra, böyle bir bağ oluşturma, daha birçok amino asidi birleştirerek bir zincire bağladı.

Bu, bazılarının proribozomun kendisini stabilize etmede ve desteklemede yararlı olduğu kanıtlanan proteinlerin başlangıcıydı. Proteinler, protribozomun yapısına katkıda bulunmaya devam etti ve bugünkü karmaşık protein üretim fabrikasına dönüşmesini sağladı. Yonath, “Modern bir ribozom, merkezinde protribozom bulunan ve evrim sırasında eklenen daha fazla katmanla çevrili bir soğan olarak tanımlanabilir” diyor.

Zamanla protein üretimi, binlerce amino asit uzunluğunda zincirler oluşturacak ve bunu genetik kodda yazılı talimatlara göre yapacak kadar verimli hale gelecekti. İnsan vücudundaki on binlerce proteinin tümü, insülin gibi hormonlardan bağışıklık sistemindeki antikorlara, hemoglobin veya cilt kollajeni gibi hücre ve dokuların yapısal bileşenlerine kadar farklı işlevler yerine getirir. Ve hepsi, bir zamanlar proribozom içinde tesadüfen oluşan bağlarla başladı.

Birkaç milyar yıl ileri sar. Teori, bilim adamlarının önerilen protribozomu taklit ederek RNA dimerik yapılar oluşturduğu hesaplamalar, kesintiler ve dimerizasyon deneyleriyle desteklendi. Ancak yakın zamana kadar, teorinin ilkeleri büyük ölçüde teorik olarak kaldı. Şimdi, Yonath’ın laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı Dr. Tanaya Bose tarafından yürütülen yeni bir çalışmada, bilim adamları ona deneysel destek sağladılar.

Bose ve meslektaşları, laboratuvarda sentezlenmiş bir proribozomun hayatta kalmak ve varsayılan bağ kurmasını gerçekleştirmek için yeterince kararlı olup olmayacağını araştırmaya koyuldu, yani, gerçekten bu görevi yerine getirip getiremeyeceğini öğrenmek istediler. O ve Yonath’ın ekibinin diğer üyeleri, birkaç bakteri ribozomunun kalbindeki cep benzeri yapıları analiz ederek potansiyel bir proribozom için bir tasarım yarattı. Bose daha sonra bu protoribozomal yapıları bir laboratuvar kabında hazırladı.

Ardından kritik adım geldi: cep benzeri dimer yapılarının amino asitler arasında bağ oluşturup oluşturamayacağını kontrol etmek. Yapıları aktive edilmiş amino asit substratlarının yanı sıra çeşitli tuzlar ve diğer reaktifler içeren bir çözelti ile karıştırdıktan sonra, Bose reaksiyon ürünlerini kütle spektrometrisi analizi dahil olmak üzere bir dizi teste tabi tuttu.

Laboratuarda oluşturulan sentetik proribozomlar, ekibi memnun edecek şekilde göreve yükseldi. Bose, “Peptit bağı oluşumu, herhangi bir hücredeki en hayati aktivitedir ve bunun bir proribozom içinde gerçekleşebileceğini gösterdik” diyor.

Bashan, “Önerilen protribozom, RNA’nın baskın olduğu bir dünya – proteinler ve DNA ortaya çıkmadan önce var olmuş olabilecek bir dünya ile bugün bildiğimiz şekliyle proteinlere ve nükleik asitlere dayanan yaşam arasındaki kayıp bağlantı olabilir” diyor.

Araştırma yayınlandı Nükleik Asitler Araştırması.


Geçmişten gelen bağlar: Protein sentezi tarihi boyunca bir yolculuk


Daha fazla bilgi:
Tanaya Bose ve diğerleri, Hayatın Kökeni: protribozom peptit bağları oluşturur ve RNA ile proteinin egemen olduğu dünyaları birbirine bağlar, Nükleik Asitler Araştırması (2022). DOI: 10.1093/nar/gkac052

Weizmann Bilim Enstitüsü tarafından sağlanmıştır

Alıntı: Bir RNA cebinde yaşamın kökeni (2022, 14 Eylül), 15 Eylül 2022’de https://phys.org/news/2022-09-life-rna-pocket.html adresinden alınmıştır.

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.

Leave a Comment