PROTOBIYONTLAR: KÖKENI VE ÖZELLIKLERI - BIYOLOJI - 2025

Protobionts göre biyolojik kompleksleri vardır için hayatın kökeni ile ilgili bazı hipotezler, hücreleri öncesinde. Oparín'e göre bunlar, yarı geçirgen bir lipid zarı veya ona benzer bir yapı ile çevrili moleküler kümelerdir.

Bu biyotik moleküler kümeler, zarın iç kısmının kimyasal bileşimini dış ortamından farklı tutmayı başaran basit bir üreme ve bir metabolizma sunmayı başardı.

Kaynak: Pixabay.com

Laboratuvarda farklı araştırmacılar tarafından yapılan bazı deneyler, protobiyonların abiyotik moleküllerden oluşturulan organik bileşikleri yapı taşları olarak kullanarak kendiliğinden oluşabileceğini ortaya çıkardı.

Bu deneylerin örnekleri, zarlarla çevrili küçük damlacıkların kümeleri olan lipozomların oluşumudur. Bunlar suya lipitler eklendiğinde oluşabilir. Diğer organik molekül türleri eklendiğinde de olur.

Prebiyotik zamanların havuzlarında lipozom benzeri damlacıklar oluşmuş olabilir ve bunlar rastgele bazı amino asit polimerlerini birleştirmiştir.

Polimerlerin bazı organik molekülleri zara geçirgen hale getirmesi durumunda, söz konusu molekülleri seçici olarak dahil etmek mümkün olacaktır.

Özellikleri ve özellikleri

Varsayılan protobiyontlar, günümüz hücrelerinde bulunan lipit zarlarını anımsatan bir damlacık yüzeyinde çift katman (iki katman) şeklinde organize edilmiş hidrofobik moleküllerden oluşturulabilir.

LadyofHats, Mariana Ruiz Villarreal, Wikimedia Commons

Yarı geçirgen membranlar

Yapı seçici olarak geçirgen olduğundan, lipozom ortamdaki çözünen maddelerin konsantrasyonuna bağlı olarak şişebilir veya sönebilir.

Yani lipozom hipotonik bir ortama maruz kalırsa (hücre içindeki konsantrasyon daha yüksekse) su yapıya girerek lipozomu şişirir. Aksine, ortam hipertonik ise (hücre konsantrasyonu daha düşükse), su dış ortama doğru hareket eder.

Bu özellik lipozomlara özgü değildir, aynı zamanda bir organizmanın gerçek hücrelerine de uygulanabilir. Örneğin, kırmızı kan hücreleri hipotonik bir ortama maruz kalırsa patlayabilir.

heyecanlanma

Lipozomlar, enerjiyi yüzey boyunca bir voltaj olan bir membran potansiyeli biçiminde depolayabilir. Yapı, sinir sisteminin nöronal hücrelerinde meydana gelen süreci anımsatan bir şekilde voltajı boşaltabilir.

Lipozomlar, canlı organizmaların çeşitli özelliklerine sahiptir. Bununla birlikte, lipozomların canlı olduğunu iddia etmekle aynı şey değildir.

Menşei

Prebiyotik bir ortamda yaşamın kökenini ve evrimini açıklamaya çalışan çok çeşitli hipotezler vardır. Protobiyontların kökenini tartışan en önemli önermeler aşağıda açıklanacaktır:

Oparin ve Haldane hipotezi

Biyokimyasal evrim üzerine hipotez, 1924'te Alexander Oparin ve 1928'de John DS Haldane tarafından önerildi.

Bu varsayım, prebiyotik atmosferin oksijenden yoksun olduğunu, ancak enerji kaynaklarının varlığı sayesinde organik bileşiklerin oluşumuna yol açan büyük miktarlarda hidrojen ile güçlü bir şekilde azaldığını varsayar.

Bu hipoteze göre, toprak soğudukça, volkanik püskürmelerden gelen buhar yoğunlaşarak yoğun ve sürekli yağmurlar olarak çökelir. Su düştüğünde, mineral tuzları ve diğer bileşikleri taşıdı ve ünlü ilkel çorbaya veya besleyici et suyuna yol açtı.

Bu varsayımsal ortamda, prebiyotik bileşikler adı verilen büyük moleküler kompleksler oluşarak, giderek karmaşıklaşan hücresel sistemlere yol açabilir. Oparin bu yapılara protobiyont adını verdi.

Protobiyonlar karmaşıklık içinde arttıkça, genetik bilgiyi iletmek için yeni yetenekler kazandılar ve Oparin, bu daha gelişmiş formlara eubionts adını verdi.

Miller ve Urey deneyi

1953 yılında, Oparin'in varsayımlarından sonra, araştırmacılar Stanley L. Miller ve Harold C. Urey, basit inorganik malzemelerden başlayarak organik bileşiklerin oluşumunu doğrulamak için bir dizi deney gerçekleştirdiler.

Miller ve Urey, küçük ölçekte Oparin'in önerdiği koşullarla prebiyotik ortamları simüle eden deneysel bir tasarım oluşturmayı başardılar ve diğerleri arasında amino asitler, yağ asitleri, formik asit, üre gibi bir dizi bileşik elde etmeyi başardılar.

Protobiyontların genetik materyali

RNA dünyası

Mevcut moleküler biyologların hipotezlerine göre protobiyonlar, DNA molekülleri yerine RNA molekülleri taşıdılar ve bu da onların bilgiyi kopyalayıp depolamasına izin verdi.

RNA, protein sentezinde temel bir role sahip olmasının yanı sıra bir enzim gibi davranabilir ve kataliz reaksiyonları gerçekleştirebilir. Bu özelliğinden dolayı RNA, protobiyontlarda ilk genetik materyal olmaya endike bir adaydır.

Kataliz yapabilen RNA molekülleri, ribozimler olarak adlandırılır ve kısa RNA uzantılarının tamamlayıcı dizileriyle kopyalar yapabilir ve dizinin uzantılarını ortadan kaldırarak ekleme işlemine aracılık edebilir.

İçinde katalitik bir RNA molekülü bulunan bir protobiont, bu molekülden yoksun olan homologlarından farklıydı.

Protobiyonun büyüyebilmesi, bölünebilmesi ve RNA'yı yavrularına iletebilmesi durumunda, Darwinci doğal seçilim süreçleri bu sisteme uygulanabilir ve RNA molekülleri ile protobiyontlar popülasyondaki sıklıklarını artıracaktır.

Bu protobiont'un ortaya çıkması pek olası olmasa da, erken dünya su kütlelerinde milyonlarca protobiyonun var olabileceğini hatırlamak gerekir.

DNA'nın görünümü

DNA, kırılgan ve kesin olmayan bir şekilde çoğalan RNA molekülüne kıyasla çok daha kararlı çift sarmallı bir moleküldür. Replikasyon açısından bu doğruluk özelliği, protobiyontların genomlarının boyutu arttıkça daha gerekli hale geldi.

Princeton Üniversitesi'nde araştırmacı Freeman Dyson, DNA moleküllerinin, katalitik özelliklere sahip rastgele amino asitlerin polimerleriyle replikasyonlarına yardımcı olan kısa yapılar olabileceğini öne sürüyor.

Bu erken replikasyon, yüksek miktarlarda organik monomer depolayan protobiyonlarda gerçekleşmiş olabilir.

DNA molekülünün ortaya çıkmasından sonra RNA, çeviri aracıları olarak mevcut rollerini oynamaya başlayabilir ve böylece "DNA dünyası" yaratılabilir.

Referanslar

1. Altstein, AD (2015). Progen hipotezi: nükleoprotein dünyası ve yaşamın nasıl başladığı. Biology Direct, 10, 67.
2. Audesirk, T., Audesirk, G. ve Byers, BE (2003). Biyoloji: Dünyadaki Yaşam. Pearson eğitimi.
3. Campbell, AN ve Reece, JB (2005). Biyoloji. Editoryal Médica Panamericana.
4. Gama, M. (2007). Biyoloji 1: Yapılandırmacı Bir Yaklaşım. Pearson Education.
5. Schrum, JP, Zhu, TF ve Szostak, JW (2010). Hücresel yaşamın kökenleri. Biyolojide Cold Spring Harbor perspektifleri, a002212.
6. Stano, P. ve Mavelli, F. (2015). Yaşamın Kökeni ve Sentetik Biyolojide Proto Hücreler Modelleri. Hayat, 5 (4), 1700–1702.