Kimyasal Reaksiyon Ağları Hayata Kirallik Katıyor
Sağ elinizi aynaya tuttuğunuzda, yansımada sol elinizi görürsünüz. 1848’de Louis Pasteur organik moleküllerin aynı elimiz gibi olduğunu: birbirinin sağı veya solu olan ayna görüntülerinden oluştuklarını keşfetti. Günümüzde organik moleküllerin niteliklerini kiralite veya kirallik (“El” anlamına gelen Yunanca bir kelime) olarak ayırt ediyoruz.
Organik moleküller sağ veya sol “nano-el” yaratan, bağ oluşturan karbon atomları açısından zengindir. Ancak, kafa karıştırıcı şekilde şimdiye dek sadece ayna görüntülerinden sadece birinin seçildiğini görüyoruz, buna homokiralite olgusu deniyor. Örneğin, karasal hayat, sağ elli amino asitler ve sol elli şekerlerden oluşur.
Birçok açıklama önerilirken, homokiralitenin nasıl ve neden oluştuğu hala bir muamma. Bir tarafı seçimli olan kiral simetrik kırılma, biyokimya alanında büyük bir araştırma konusudur. Homokiralitenin kökenini anlamak, hayatın temelini öğrenmek için oldukça önemli olduğu gibi, kiral ilaç moleküllerininin sentezi gibi uygulamalar içinde önemlidir.
Şu an bir model, hayatın içindeki, uzun süredir cevabı bilinmeyen, Dünya’daki hayatın temeliyle ilgili bilmece için homokiralitenin oluşumuna dair özgün bir açıklama sunuyor.
Yaygın olarak hayatın, enerji kaynakları açısından zengin habitatlarda, örneğin ilkel okyanuslardaki hidrotermal ağızlarda başladığına inanılıyor. Güney Kore Temel bilim Enstitüsü, Yumuşak ve Canlı Madde Merkezinden Prof. Tsvi Tlusty ve Dr. William Piñeros, olası ilkel Dünya senaryolarını göz önünde bulundurarak çevre ile enerji paylaşımında bulunan kimyasal reaksiyonların oluşturduğu karmaşık reaksiyon ağlarını öngördü. Ekip, bir kaptaki farklı elementlerin iyice karıştırılmış bir çözeltisine benzeyen matematiksel bir model ve sistem simülasyonu kullandıklarında, şaşırtıcı şekilde bu gibi sistemlerin kendiliğinden moleküler ayna simetrisini kırmaya yöneldiklerini buldu.
Homokiralite, çevreden alınan enerjiyi optimize eden prebiyotik kimyasallara uyum sağlayarak kendiliğinden oluşur. Daha önce, kiral simetri kırılmasının kendiliğinden katalizin çoklu döngülerini gerektirdiğine inanılıyordu, bu kataliz döngüleri artan şekilde bir diğerinin oluşumu inhibe edilirken bir molekülün enantiyomerinin oluşmasıdır. Bununla birlikte, IBS ekibinin sonuçları, simetri kırılmasının altında yatan mekanizmanın, çok sayıda rastgele molekül içeren büyük reaksiyon sistemlerinde meydana gelebileceği ve karmaşık reaksiyon ağ yapıları gerektirmediği için çok genel olduğunu gösterdi. Homokiraliteye bu keskin geçişin, çevreden daha verimli enerji alınmasını sağlamak için reaksiyon ağının kendi kendini yapılandırmasından kaynaklandığı bulundu.
Piñeros ve Tlusty tarafından geliştirilen model, yüksek oranda yayılan sistemlerin ve büyük enerji farklılıklarının, kiral simetri kırılmasına neden olmaya daha yatkın olduğunu gösterdi. Ayrıca, hesaplamalar bu tür geçişlerin neredeyse kaçınılmaz olduğunu ortaya çıkardı, bu nedenle bunların rastgele kimyasal reaksiyon sistemlerinde genel olarak meydana gelebileceğine inanmak mantıklı.
Bu nedenle, ekip tarafından gösterilen enerji alımı optimizasyonu tabanlı model, homokiralitenin ilkel Dünya gezegeninin sert, enerji açısından zengin ortamından kendiliğinden nasıl ortaya çıkabileceğini açıklıyor.
Önerilen simetri kırılma mekanizması genel bir mekanizmadır ve artan karmaşıklığa yol açan canlı maddedeki diğer geçişlere uygulanabilir. Ayrıca model, değişen bir ortamdan yararlanmak için daha iyi uyum sağladıkça bir sistemin karmaşıklığının nasıl artabileceğini açıklayan genel bir mekanizma önerir. Bu, kiral simetri kırılmasının, kendisini bir ortama uyum sağlayacak şekilde yapılandırabilen herhangi bir karmaşık sistemin (yaşam gibi) doğal bir özelliği olduğunu göstermektedir. Bu bulgular ayrıca hücre farklılaşması ve yeni genlerin ortaya çıkması gibi çok daha karmaşık biyolojik süreçlerdeki kendiliğinden simetri kırılmalarını da açıklayabilir.
Bu çalışma Nature Communications dergisinde yayımlanmıştır.
Kaynak: sciencedaily.com
