دانشمندان مؤسسه پژوهشی اسکریپس با انجام آزمایش‌هایی تازه موفق شده‌اند سرنخ‌های شیمیایی مهمی درباره منشأ مولکولی حیات روی زمین پیدا کنند.
به گزارش science tech daily آنها نشان داده‌اند که چرا ریبوز قند پنج‌کربنه‌ای که امروز در ساختار RNA یافت می‌شود، احتمالاً قند منتخب طبیعت برای آغاز شکل‌گیری حیات بوده است.
این یافته‌ها که در مقاله‌ای در مجله معتبر Angewandte Chemie منتشر شده‌اند، نشان می‌دهند ریبوز در واکنش با فسفات — یکی از اجزای کلیدی RNA — نسبت به سایر قند‌های مشابه سرعت و کارایی بیشتری دارد. این مزیت طبیعی می‌تواند یکی از دلایل اصلی انتخاب ریبوز به‌عنوان یکی از بنیان‌های مولکولی حیات باشد.
چرا ریبوز؟ چرا فسفریلاسیون مهم است؟
RNA و DNA از واحد‌هایی به نام نوکلئوتید ساخته شده‌اند که خود از یک قند (ریبوز یا دئوکسی‌ریبوز) یک گروه فسفات و یک باز نیتروژنی (مثل A، C، G، U) تشکیل می‌شوند. در پژوهش اخیر تیم به رهبری رامانارایانان کریشنامورتی، استاد شیمی در اسکریپس بر مرحله فسفریلاسیون تمرکز کرد یعنی مرحله‌ای که در آن قند به گروه فسفات متصل می‌شود. این مرحله یکی از واکنش‌های پایه‌ای در شیمی حیات است که برای ساختار، عملکرد و سوخت‌وساز حیاتی است.
پژوهشگران پیش‌تر می‌دانستند که ریبوز می‌تواند با کمک یک مولکول دهنده فسفات به نام دی‌آمیدوفوسفات (DAP) فسفریله شود. در این مطالعه جدید آنها بررسی کردند که آیا قند‌های مشابهی مانند آریبینوز، لیکسوز و زایلوز هم قادر به چنین واکنشی هستند یا نه و اینکه آیا ریبوز ویژگی منحصربه‌فردی دارد یا خیر.
آزمایش مقایسه‌ای چهار قند مشابه
در این تحقیق دانشمندان چهار قند با ساختار شیمیایی یکسان ولی آرایش فضایی متفاوت را با DAP در شرایط کنترل‌شده ترکیب کردند و میزان سرعت و بهره‌وری واکنش فسفریلاسیون را سنجیدند. آنها سپس از طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) برای تحلیل دقیق محصولات واکنش‌ها استفاده کردند.
نتایج نشان داد که هرچند DAP قادر به فسفریله کردن هر چهار قند بود، اما ریبوز با فاصله‌ای قابل‌توجه سریع‌تر از بقیه واکنش داد. جالب‌تر آنکه تنها در واکنش ریبوز ساختار نهایی به شکل حلقه‌های پنج‌ضلعی (۵ عضوی) شکل گرفت که دقیقاً همان ساختاری است که امروز در RNA و DNA دیده می‌شود. در مقابل سایر قند‌ها مخلوطی از حلقه‌های پنج‌ضلعی و شش‌ضلعی تولید کردند.
کریشنامورتی در این‌باره می‌گوید: این تفاوت مهمی است. ریبوز نه‌تنها سریع‌تر واکنش می‌دهد، بلکه بیشتر تمایل دارد ساختاری بسازد که مناسب برای تشکیل نوکلئوتید و در نهایت RNA است.
انتخاب طبیعی در آزمایشگاه
در آزمایش دیگری پژوهشگران چهار قند را به صورت هم‌زمان در یک محلول قرار دادند و DAP را به آن افزودند. نتیجه شگفت‌آور بود: DAP به‌طور انتخابی ریبوز را فسفریله کرد و مقدار قابل‌توجهی از آن به شکلی درآمد که می‌تواند در گام بعدی با یک باز نیتروژنی پیوند برقرار کند و یک نوکلئوتید تشکیل دهد. این در حالی بود که سایر قند‌ها در مرحله‌ای میانی گیر کردند و واکنششان ناقص ماند.
کریشنامورتی می‌گوید: با این نتایج به دو دستاورد هم‌زمان رسیدیم: اول اینکه ریبوز به‌طور انتخابی از میان قند‌های دیگر واکنش می‌دهد، و دوم اینکه محصول این واکنش شکلی دارد که مناسب تشکیل RNA است. این یک امتیاز بزرگ بود که انتظارش را نداشتیم.
با وجود این یافته‌های ارزشمند دانشمندان تأکید می‌کنند که کشف چنین واکنش‌هایی لزوماً به‌معنای این نیست که همین مسیر دقیقاً منجر به شکل‌گیری حیات شده است. بلکه هدف آنها درک بهتر فرآیند‌های شیمیایی احتمالی در دوران پیشازیستی است.
کریشنامورتی می‌افزاید: ما نمی‌گوییم این دقیقاً همان واکنشی بوده که RNA را پدید آورد، چون تا رسیدن به RNA راه درازی هست، اما این مسیر بسیار امیدوارکننده است.
در ادامه این تیم قصد دارد آزمایش‌هایی را درون ساختار‌های اولیه سلولی موسوم به پروتوسل انجام دهد تا بررسی کند آیا ریبوز در آن محیط هم به‌طور انتخابی تجمع می‌یابد و می‌تواند نوکلئوتید تولید کند یا خیر. هدف نهایی این است که ببینند آیا این واکنش‌ها می‌توانند موجب رشد و تقسیم پروتوسل‌ها شوند که اساس پیدایش زندگی سلولی را تشکیل می‌دهد.
انتهای پیام/