ممکن است پروتئین اولین مولکول حیات بوده باشد
يك مولكول با 2 عمل اساسي
ترجمه: امير رحماني
برای دانشمندانی که منشأ حیات را مطالعه می‌کنند، این پرسش همواره مطرح بوده که کدام مولکول در ابتدا شکل گرفته است: پروتئین‌ها یا اسیدهای نوکلئید نظیر دی‌ان‌ای و آر‌ان‌ای؟ حدود چهار میلیارد سال قبل، پلیمرهای ساده‌ای شکل گرفتند که قادر بودند دو عمل اساسی برای پیدایش حیات را انجام دهند: اولی ذخیره اطلاعات و دومی کاتالیزکردن واکنش‌های شیمیایی است که تولید پلیمرهای بزرگ را ممکن می‌‌کرد. در حال حاضر اسیدهای نوکلئید وظیفه اول را به انجام می‌رسانند و پروتئین‌ها دومی را انجام می‌دهند. اما آیا امکان دارد در بامداد حیات، فقط یک مولکول هر دو وظیفه را بر عهده داشته باشد؟ بیشتر دانشمندان در دهه‌های اخیر آر‌ان‌ای را کاندیدای مناسب می‌دانند؛ به‌ویژه که در دهه ۸۰ میلادی مشخص شد آر‌ان‌ای می‌تواند روی خودش تا بخورد و واکنش‌های شیمیایی را مانند یک پروتئین کاتالیز کند. اما از طرف دیگر، مولکول آر‌ان‌ای بسیار پیچیده و حساس است و برخی متخصصان شک دارند شرایط خشن کره زمین در چهار میلیارد سال قبل برای تشکیل چنین مولکولی مناسب بوده باشد. علاوه بر آن، برای آنکه مولکول آر‌ان‌ای یا پروتئین بتواند مانند کاتالیزور عمل کند، ابتدا لازم است
زنجیره‌ای بزرگ شکل دهد و سپس تا بخورد. اما به نظر می‌آید محیط زمین در گذشته دور برای تشکیل یک زنجیره بزرگ از اسیدهای آمینه مناسب نبوده است؛ حال چه پروتئین باشد و چه آر‌ان‌ای. دو دانشمند به نام‌های کِن دیل و الیزاوتا گوسه‌وا، از دانشگاه استونی بروک در نیویورک، به همراه رونالد زاکرمن، از لابراتوار ملی برکلی در کالیفرنیا، موفق شدند راه‌حلی برای معضل فوق ارائه کنند. مدلِ پیشنهادی آنها نسبتا ساده است. کن دیل این مدل را بیش از 30 سال قبل پیشنهاد داده بود تا نشان دهد پروتئین‌ها چگونه روی خود تا می‌خورند و او به‌تازگی دریافت همان مدل قادر است نحوه شکل‌گیری مولکول‌های پیچیده در دوران پیشاحیات را نیز توضیح دهد. در این مدل، زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه به دو زیرگروه تقسیم می‌شوند: گروه اول شامل مولکول‌هایی است که تمایل دارند با آب پیوند برقرار کنند و مونومر قطبی خوانده می‌شوند و گروه دوم شامل مولکول‌هایی است که آب را دفع می‌کنند و آنها را مونومر غیرقطبی می‌خوانیم. گردنبندی را تصور کنید که بعضی مهره‌هایش به رنگ آبی و آب‌جذب هستند و بعضی دیگر قرمزرنگ بوده و آب‌ترس‌اند. مدل کامپیوتری کن دیل، همه ترکیبات ممکن از زنجیره‌ای
از ۲۵ مهره قرمز و آبی را شبیه‌سازی کرده و سپس بررسی می‌کند آنها چگونه روی خود تا می‌خورند. مشخص شد ۲.۳ درصد از کل زنجیره‌های تشکیل‌شده به‌گونه‌ای تا می‌خورند که ساختار پایداری تشکیل دهند و ۱۲.۷ درصد از آن زنجیره‌ها که پایدارند (معادل سه‌دهم درصد از کل زنجیره‌های ساخته‌شده)، به گونه‌ای تا می‌خورند که وصله‌‌ای از مهره‌های قرمز تشکیل می‌شود که مانند یک سکوی اتصال چسبناک عمل می‌کند تا زنجیره‌های دیگر به آن متصل شوند. این فرایند نه‌فقط اجازه می‌دهد پلیمری طویل تشکیل شود، بلکه می‌تواند ساختاری تشکیل دهد که خودکاتالیزکننده خوانده می‌شود. در چنین ساختاری، فرایند تاخوردن یک پلیمر، تاخوردن پلیمرهای مجاور را تحت تأثیر قرار داده و شرایطی پدید می‌آورد که پلیمرهای مجاور به‌طور مشابهی تا بخورند و به این ترتیب است که پلیمر اولیه، نسخه‌های مشابه خودش را تولید می‌کند. هرچند احتمال تشکیل چنین مجموعه‌ای در ابتدا نادر است، اما همین که تشکیل شد، به‌طور تصاعدی گسترش می‌یابد و در نهایت همه سوپ آغازین را به تسخیر خود درمی‌آورد. مدل‌سازی بالا نشان می‌دهد دو خاصیت ساده مولکول‌های شیمیایی، آب‌ترس یا آب‌جذب بودن، کافی است تا فرایندی
را جرقه بزند که به ظهور پلیمرهای پیچیده ختم می‌شود.
www.quantamagazine.org
برای دانشمندانی که منشأ حیات را مطالعه می‌کنند، این پرسش همواره مطرح بوده که کدام مولکول در ابتدا شکل گرفته است: پروتئین‌ها یا اسیدهای نوکلئید نظیر دی‌ان‌ای و آر‌ان‌ای؟ حدود چهار میلیارد سال قبل، پلیمرهای ساده‌ای شکل گرفتند که قادر بودند دو عمل اساسی برای پیدایش حیات را انجام دهند: اولی ذخیره اطلاعات و دومی کاتالیزکردن واکنش‌های شیمیایی است که تولید پلیمرهای بزرگ را ممکن می‌‌کرد. در حال حاضر اسیدهای نوکلئید وظیفه اول را به انجام می‌رسانند و پروتئین‌ها دومی را انجام می‌دهند. اما آیا امکان دارد در بامداد حیات، فقط یک مولکول هر دو وظیفه را بر عهده داشته باشد؟ بیشتر دانشمندان در دهه‌های اخیر آر‌ان‌ای را کاندیدای مناسب می‌دانند؛ به‌ویژه که در دهه ۸۰ میلادی مشخص شد آر‌ان‌ای می‌تواند روی خودش تا بخورد و واکنش‌های شیمیایی را مانند یک پروتئین کاتالیز کند. اما از طرف دیگر، مولکول آر‌ان‌ای بسیار پیچیده و حساس است و برخی متخصصان شک دارند شرایط خشن کره زمین در چهار میلیارد سال قبل برای تشکیل چنین مولکولی مناسب بوده باشد. علاوه بر آن، برای آنکه مولکول آر‌ان‌ای یا پروتئین بتواند مانند کاتالیزور عمل کند، ابتدا لازم است
زنجیره‌ای بزرگ شکل دهد و سپس تا بخورد. اما به نظر می‌آید محیط زمین در گذشته دور برای تشکیل یک زنجیره بزرگ از اسیدهای آمینه مناسب نبوده است؛ حال چه پروتئین باشد و چه آر‌ان‌ای. دو دانشمند به نام‌های کِن دیل و الیزاوتا گوسه‌وا، از دانشگاه استونی بروک در نیویورک، به همراه رونالد زاکرمن، از لابراتوار ملی برکلی در کالیفرنیا، موفق شدند راه‌حلی برای معضل فوق ارائه کنند. مدلِ پیشنهادی آنها نسبتا ساده است. کن دیل این مدل را بیش از 30 سال قبل پیشنهاد داده بود تا نشان دهد پروتئین‌ها چگونه روی خود تا می‌خورند و او به‌تازگی دریافت همان مدل قادر است نحوه شکل‌گیری مولکول‌های پیچیده در دوران پیشاحیات را نیز توضیح دهد. در این مدل، زنجیره‌ای از اسیدهای آمینه به دو زیرگروه تقسیم می‌شوند: گروه اول شامل مولکول‌هایی است که تمایل دارند با آب پیوند برقرار کنند و مونومر قطبی خوانده می‌شوند و گروه دوم شامل مولکول‌هایی است که آب را دفع می‌کنند و آنها را مونومر غیرقطبی می‌خوانیم. گردنبندی را تصور کنید که بعضی مهره‌هایش به رنگ آبی و آب‌جذب هستند و بعضی دیگر قرمزرنگ بوده و آب‌ترس‌اند. مدل کامپیوتری کن دیل، همه ترکیبات ممکن از زنجیره‌ای
از ۲۵ مهره قرمز و آبی را شبیه‌سازی کرده و سپس بررسی می‌کند آنها چگونه روی خود تا می‌خورند. مشخص شد ۲.۳ درصد از کل زنجیره‌های تشکیل‌شده به‌گونه‌ای تا می‌خورند که ساختار پایداری تشکیل دهند و ۱۲.۷ درصد از آن زنجیره‌ها که پایدارند (معادل سه‌دهم درصد از کل زنجیره‌های ساخته‌شده)، به گونه‌ای تا می‌خورند که وصله‌‌ای از مهره‌های قرمز تشکیل می‌شود که مانند یک سکوی اتصال چسبناک عمل می‌کند تا زنجیره‌های دیگر به آن متصل شوند. این فرایند نه‌فقط اجازه می‌دهد پلیمری طویل تشکیل شود، بلکه می‌تواند ساختاری تشکیل دهد که خودکاتالیزکننده خوانده می‌شود. در چنین ساختاری، فرایند تاخوردن یک پلیمر، تاخوردن پلیمرهای مجاور را تحت تأثیر قرار داده و شرایطی پدید می‌آورد که پلیمرهای مجاور به‌طور مشابهی تا بخورند و به این ترتیب است که پلیمر اولیه، نسخه‌های مشابه خودش را تولید می‌کند. هرچند احتمال تشکیل چنین مجموعه‌ای در ابتدا نادر است، اما همین که تشکیل شد، به‌طور تصاعدی گسترش می‌یابد و در نهایت همه سوپ آغازین را به تسخیر خود درمی‌آورد. مدل‌سازی بالا نشان می‌دهد دو خاصیت ساده مولکول‌های شیمیایی، آب‌ترس یا آب‌جذب بودن، کافی است تا فرایندی
را جرقه بزند که به ظهور پلیمرهای پیچیده ختم می‌شود.
www.quantamagazine.org