DNA Baz Çifti Oluşturmanın Yeni Bir Muhtemel Yolu Keşfedildi

Fotoğraf: Bir öğütme kavanozunda nükleobaz tozu ve çelik toplar. Katkı sağlayanlar: Rudjer Boskovic Enstitüsü, Tomislav Stolar

Yaşamın kimyasal kökeni araştırmasında, araştırmacılar DNA modelinin ortaya çıkışında yeni bir muhtemel yol keşfettiler. Araştırmalara göre, karakteristik DNA baz çiftleri su veya diğer çözücüler olmadan kuru ısıtma ile 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.

Yaşamın kökeni araştırmasındaki merak uyandıran sorulardan biri kimyasal seçimin nasıl gerçekleştiği ve ilk biyomoleküllerin nasıl oluştuğu olduğunu belirtiyor Zagreb’deki  Rudjer Boskovic Enstitüsü’nden Tomislav Stolar. Canlı hücreler komplike mekanizmaları ile biyomoleküllerin üretimini kontrol ederken, yaşamın ilk moleküler ve çoklu moleküler yapı taşları muhtemelen saf kimya ve enzim katalizi olmadan yaratıldı. Bilim insanları, bu çalışmada Deoksiribonükleik asitte (DNA) moleküler tanıma görevinde bulunan nükleobaz çiftlerinin oluşumunu incelediler.

Genetik kodumuz, nükleobazlar Adenin (A), Sitozin (S), Guanin (G) ve Timin (T), tarafından spesifik bir dizi olarak hecelenen DNA’da saklanır. Kod çiftleri sarmal yapıda iki uzun birbirini tamamlayan zincir yapıya sahiptir. Zincirlerde, her bir nükleobaz diğer zincirdeki tamamlayıcı nükleobazı (Adenin-Timin, Guanin-Sitozin) ile eşleşir.

“DNA’da sadece belirli eşleşme kombinasyonları gerçekleşir ancak nükleobazlar izole edildiğinde birbirlerine bağlanmayı sevmezler. Öyleyse doğa bu baz çiftlerini neden seçti? ” diyor Stolar. 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.

Baz çiftlerinin mekanik enerjiyle mi yoksa sadece ısıtmayla mı üretilebileceğini bulmaya çalışarak farklı bir yol keşfettiklerini bildiriyor DESY’den ortak yazar Martin Etter. Bu çalışmada metillenmiş nükleobazlar üzerinde incelemeler yapıldı. İlgili nükleobazlara bağlı bir metil grubuna (-CH3) sahip olmak, prensip olarak metil gruplarının molekülün Watson-Crick tarafında hidrojen bağları oluşturmalarına izin verir. Metillenmiş nükleobazlar, çeşitli biyolojik işlevleri yerine getirdikleri birçok canlı organizmada doğal olarak meydana gelir.

Bilim insanları, laboratuvarda nükleobaz çiftlerini öğüterek üretmeye çalıştılar. İki nükleobazın tozları, öğütme görevini üstlenen çelik bilyelerle birlikte bir öğütme kavanozuna alındı ve kavanozlar kontrollü bir şekilde çalkalandı. Deney, daha önce diğer bilim insanları tarafından da gözlemlenen A: T çiftlerini üretti. Ancak 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 gözlemleyebildiklerini belirtti. Bazların sadece termal koşullar altında bilinen çiftleri oluşturup oluşturmadığını test etmek için, DESY’nin X-ışını kaynağı PETRA III’ün P02.1 ölçüm istasyonunda üç ve dört nükleobazın karışımlarıyla deneyler tekrarlandı. Burada karışımların detaylı kristal yapısı ısıtma sırasında izlenebilmekte ve yeni fazların oluşumu gözlemlenebilmektedir.

Ölçüm merkezinin müdürü Etter, yaklaşık 100 santigrat derecede, adenin-timin çiftlerinin oluşumunu ve yaklaşık 200 santigrat derecede Watson-Crick guanin ve sitozin çiftlerinin oluşumunu gözlemlediklerini ve başka hiçbir baz çiftinin, eriyene kadar ısıtıldığında bile oluşmadığını söylüyor. Bu sonuç, nükleobaz eşleşmesinin termal reaksiyonunun DNA’daki ile aynı seçiciliğe sahip olduğunu kanıtlıyor.

Stolar, sonuçların, DNA’da gözlemledikleri moleküler tanıma modellerinin nasıl oluşmuş olabileceğine dair olası bir alternatif yol gösterdiklerini belirtiyor ve deneyin koşulları, yanardağlar, depremler, göktaşı çarpmaları ve diğer her türlü olay ile sıcak, kaynayan bir kazan olan genç Dünya için makul olduğunu ekliyor. Elde ettikleri sonuçlar, yaşamın kimyasal kökenlerini araştırmak için birçok yeni yol açıyor. Ekip, P02.1’deki takip deneyleriyle bu rotayı daha ayrıntılı incelemeyi 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) (% 90) ile Hamburg ve Brandenburg’daki Alman federal eyaletlerinden (% 10) almaktadır.

Kaynak: scitechdaily.com