Katalitik RNA Yaşam öncelikle proteinlerden mi yoksa DNA’dan mı ortaya çıkmıştır? Proteinler kendi kendine çoğalamazlar, kopyalamayla ilgili bilgiyi aktaramazlar. Öte yandan DNA bilgiyi saklamak ve aktarmak için uygundur, fakat daha başka biyolojik işleri bilinmemektedir. Hangisinin daha önce geldiği, esas olarak katalitik RNA’nın keşfiyle çözülmüştür. RNA, bilgiyi depolama ve taşıma kapasitesine ve biyolojik iş yapabilme yeteneğine sahip olduğundan, şu anda yaşamın kökenine gidilen yolda, proteinler ve DNA’nın ikisinin de önünde olduğu düşünülmektedir. Bu temelde oturan yaşamın kökeni ile ilgili hipoteze RNA dünyası (yaşamın tümüyle RNA üzerine kurulu olduğu bir zaman) hipotezi denilmektedir. Hipotez, ribozimlerin (RNA enzimleri) keşfi ile RNA’nın aynı anda bir fenotip ve bir genotip taşıyabileceğinin anlaşılmasını temel almaktadır. Genotip RNA’da yer alan nükleotitlerin birincil dizisidir. Fenotipse RNA molekülünün bir substrat üzerinde, bir kimyasal reaksiyonu katalizleyen reaktivitesidir. Evrimleşme, kalıtsal bilgide hem kayıt yapabilme yeteneği ve hem de değişiklikler yapmayı ve bazı yollarla yararlı değişimleri zararlı olandan ayırt etmeyi gerektirir. İlki bir genotip ile başarılırken, diğeri bir fenotip yoluyla başarılır. Bugün doğal yolla oluşan onlarca ribozim keşfedilmiştir ve bunların tümünün fenotipleri, RNA veya DNA’daki fosfoester bağlarının oluşumu ve kırılmasında işlev görür. Bir RNA molekülü hata ve mutasyon olasılıklarının eşliğinde kendi kopyasını yapabildiyse, o molekül, modern yaşamın bir çok karakteristiğini sergileyeceğinden dolayı canlı olarak düşünülebilir. Bu gözlem, söz konusu hipotezin gözlemsel desteğini teşkil eder. RNA’nın ilkinliğine dair kanıtlar Katalitik RNA’nın keşfi. RNA’nın her yerde, hücrelerin temel çoğalma aygıtında bulunuşu. Ribozomlar RNA’dan yapılmış bir çerçeve üzerinde inşa edilmektedir. Ayrıca RNA adaptörüne (tRNA) gerek duyarlar. Keskin deliller, gerçekte protein sentezinde katalitik basamakları yürütenin RNA kısmı olduğuna işaret etmektedir. ATP ve GTP gibi ribonükleosit trifosfatların biyolojik enerji için temel kaynak olmaları. RNA dünyası hipotezi ile ilgili bir problem: RNA evrimleşebilir mi? Beaudry ve Joyce 1992’de Tetrahymena riboziminden kısaltılmış 5-30 nükleotitlik bir oligonükleotit dizisi kullanarak, çoklu döngü nesilleri sonucunda ribozim parçasında dört nükleotit pozisyonunda özgül mutasyonlar gerçekleştirdiler ve yeni oluşan ribozimlerin yabanıl tipten 100 kat daha fazla katalitik etkinliğe sahip olduklarını buldular. Bu deneyler RNA molekülünün canlı organizmaların evrimleşmelerine izin veren özelliklere sahip olabildiğini göstermiştir. 1993’te dizayn ettikleri deneylerde RNA havuzları kullanarak, RNA’nın fosfoester bağı yapabilen ribozimlerini evrimleştirmişlerdir. RNA World (Gilbert, 1986), non-living World’den şu 5 basamakta köken almıştır. 1. Nükleotitlerin prebiyotik sentezi 2. Nükleotitlerden polinükleotitlerin oluşumu 3. Primordial RNA replikazları-kendi replikasyonunu katalizleyen özel RNA moleküllerinin ortaya çıkışı 4. Primordial replikazların daha verimli olanlarına evrimi 5. Doğal seleksiyona uyan replikasyon için değişik katalitik RNA moleküllerinin oluşumu Ma, Zhang ve Yu’nun Simülasyonları (2006) Temel Varsayımları: 2D yüzey kullanıldı, çünkü simüle etmek daha kolaydı ve lokal moleküler etkileşimleri sunmaya daha yeterliydi. Reaksiyonlar mineral yüzey üzerinde düşünüldü. Sistemin sığ bir havuzda, kayalık üzerinde veya kaya üzerinde su birikintisi olduğu düşünüldü. A, G, C ve U sentezi için ham materyal çorbası düşünüldü. Nükleotitler ayrıca ham materyallere tekrar dönüşebilmekteydi. Bir polinükleotit komplementer zinciri için templatelik yapar. Bu olay RNAcatalyzed template directed ligation veya nonenzimatik template directed ligationdur. Fakat polimerizasyon değildir. Bu da, havuzdaki bir çok kısa oligonükleotitin mineral katalizi yoluyla oluşmasıdır. Replikaz karakteristik sekansı içeren polinükleotit primordial replikaz olarak kabul edilir. Bir RNA replikaz kendi katalizini gerçekleştiren bir ribozimdir. Binding ribozim 3 yönde fonksiyon görür: 1. Template substratları çekmesine yardım eder. 2. Bağlanma bölgesinde çekilen substratları düşmekten korur. 3. Template’e dizilen substratların ligationunu katalizler. Simülasyonda enerji problemi, her nükleotidin 5’-ucunun aktive edilmiş olduğu düşünülerek çözülmüştür (NTPs). Her nükleotit eşit olarak düşünülmüştür. Her nükleotit ya da polinükleotit zinciri bozulma ve degrade olma probabilitesine sahiptir (PND ve PBB) Bir polinükleotit diğer nükleotitleri Watson-Crick kuralına göre çekebilir (PAT) Incorrect base-pairing probabilitesi (PFP)z Template dizili iki ardışık nükleotidin ligation probabilitesi (PLT) Bir ızgara hücredeki bir ünite diğer bitişik hücreye hareket edebilme olasılıkları da hesaplanmıştır Parametreler: 130 nt.lik bir RNA’nın, 50 C0 5 mM Mg2+ solüsyonunda nötral pH’da 101 saat yarılanma ömrü vardır. Her bir step 0,38 saat sürmektedir. Önemli Basamaklar: 112400. step: Sistemde sadece bir replikaz vardı 112407. step: İkinci replikaz göründü 113243. step: İki replikaz bitişik hücrelere hareket ettiler 113244. step: İki replikaz aynı hücreye hareket ettiler 113247. step: Bir replikaz, diğerini kopyalamak için onu template olarak kullanıp üstüne bağlandı. 113669. step: Kopyalama sonlandı ve double stranded template’den ribozim ayrıldı. 113672. step: Ayrılan replikaz ve double strand template iki farklı hücreye ayrıldı 113703. step: Double strand template dissosiye oldu ve iki tane replikaz oluşturdu. Sistemde 3 tane replikaz oldu. Böylece primordial replikazlar ilk replikasyonlarını bitirmiş ve sistemde yayılmaya başlamışlardır (step 130000-150000) 1. basamak tam bir kimyasal basamaktır ve hayat aktivitesi yoktur. 5. basamaksa hayat aktivitesine hazırdır ve doğal seleksiyonla evolve olur. 3. basamak hayatın iki anahtarının ortaya çıkışında çok önemlidir. Bunlar; self-replication ve Darwinian evolution’dur. 2. basamak genetik bilgi deposunu oluşturur. 3. basamak selfreplicationu işaret eder ve 4. basamak ta Darwinian evrimin olabilirliğini kanıtlar. Basamakların Çalışmaları 2. basamak için mineral-catalyzed synthesis of polynucleotides (Ferris, 2002) ve polymerization (Orgel, 2000) 3. basamak için RNA catalyzed template-directed ligation (Jaeger., 1999; Joyce., 2002) 4. basamak için artificial construction of an autoevolving replicase system (Szostak et al., 2001) Basamakların çalışmaları bugüne kadar pek çok kez yapıldı (Szabo et al., 2002) fakat tüm basamakların simule edildiği deneyler geçtiğimiz yıla kadar gerçekleştirilmemişti. Monte Carlo simulation model kullanılarak söz konusu prebiotik basamaklar gerçeğine uygun koşullar kurularak gösterilmiştir. Non-replikazların sayısı, replikazların ortaya çıkışıyla azalır. Replikaz karakterindeki sekanslar polimerize olmaya 6 nt.lik uzunlukta başlamıştır (non-replikaz sekanslar 1 nt.den başlamışlardı) Uzun sekanslar yüksek degrade olma eğilimi gösterirler çünkü daha fazla P-ester bağı içerirler. Kısa sekanslarsa beklenen replikaz sekansını muhtemelen daha az gösterirler. Primordial Replikazlar ve Ek Fonksiyonlu Replikazlar Farklı Avantajı Olan İki Domainin Replikaza Eklenmesi RNA Dünyası Hipotezinin Problemleri Protein temelli bir dünyaya geçişin nasıl olduğu Translasyonun orijini Genetik kodların kurulması Translasyonun Orijini İçin Moleküler Bir Model Orijinal peptitler dominant RNA molekülleriyle aynı anda ortaya çıkmıştır. Primitif polimeraz ile etkileşen ve primitif polimeraz vazifesi görüp antiparalel ipliği oluşturan her hangi bir protein, sistemi bozmuştur. Antiparalel komplement bir stabil duplex oluşturmuş ve ribopolimeraz sekansından kendi kendine kopyalanmış ve sonra fonksiyonel ribopolimerazlar kaybolmuştur. Eğer bir protein polimeraz tanımlanırsa, bu mekanizma onların mükemmel üstünlüğünü açıklayabilir. Fakat şu an bu proteinin nasıl ortaya çıktığını açıklamak zordur. Proteinlerin kökenine uygun olan model, RNA’dan template directed sentezdir ve genetik kodun kökenine de uygundur. Translasyon mekanizmasız, ilkel proteinlerin doğası kaba ve kısa olurdu. RNA dünyasındaki replikaz, ribozomun çekirdeğine benzemektedir. Bu olgu, ribopolimerazdan ribozoma geçişi köprüleyen amino asitleri araştırmada bu modeli önemli kılar. Böylesine kompleks bir ribozimin RNA dünyasında farklı bir fonksiyona sahip olması olasıdır. Fakat günümüzde bir ribopolimeraz kalıntısı yoktur. Ribopolimerazın aktif yüzünde, ribozomda olduğu gibi bir boşluk olmalıdır (Taylor, 2004). Ribozomda bu boşluğa amino açil tRNA fragment girer.
Posted on: Thu, 01 Aug 2013 15:30:01 +0000
Trending Topics
Recently Viewed Topics
© 2015