Des chimistes ont mis en évidence un cycle chimique
qui repose sur des composés simples et qui aurait pu fabriquer des
molécules indispensables à l’apparition de la vie et initier les cycles
biochimiques actuels, il y a quatre milliards d’années.
Essentiel pour les organismes consommant de l’oxygène,
le cycle de Krebs, ou cycle de l’acide citrique, est chargé de
transformer les molécules carbonées pour produire de l’énergie. Comment
un tel cycle a-t-il pu s’amorcer chez les tout premiers organismes
vivants ? Dans les années 1990, le chimiste allemand Günter
Wächtershäuser émis l’hypothèse qu’une version inversée de ce cycle, que
l’on peut aujourd'hui observer dans certaines bactéries, aurait pu
exister il y a plusieurs milliards d’années. Ce cycle inversé aurait
produit les premiers blocs moléculaires nécessaires à l’apparition de la
vie. Cependant, le cycle actuel de l’acide citrique utilise des
molécules biologiques pour fonctionner (huit enzymes catalytiques), ce
qui ne pouvait pas être le cas des cycles primitifs. Greg Springsteen,
de l’université Furman, Ramanarayanan Krishnamurthy, de l’institut
Scripps, aux États-Unis, et leurs collègues ont mis en évidence un cycle
chimique inédit qui aurait pu fonctionner dans les conditions de la
Terre primitive pour produire des molécules utilisables par le vivant.
En disposant dans des conditions variées des molécules à l’origine de réactions semblables à celles de la biochimie actuelle, les chercheurs ont observé des cycles produisant des intermédiaires chimiques identiques à ceux du cycle de l’acide citrique actuel se mettre en place. Les chercheurs ont d’abord sélectionné des molécules prébiotiques relativement simples, l’ion malonate (-OOC-CH2-COO-) et l’ion glyoxylate (-OOC-COH). Comme substitut aux enzymes actuelles facilitant les réactions d’oxydoréduction, ils ont utilisé le peroxyde d’hydrogène – aussi nommé eau oxygénée –, un produit de l’oxydation photochimique de l’eau.
Ces composés participent à un cycle chimique en quatre étapes produisant deux molécules de dioxyde de carbone et un intermédiaire crucial : l’oxaloacétate (-OOC-CO-CH2-COO-). Ce cycle est couplé avec un second, également initié par des molécules simples et produisant une molécule notée HKG, et dont un des intermédiaires est aussi l’oxaloacétate, reliant ainsi ce cycle avec le précédent.
Tout l’intérêt de ce résultat se trouve dans le grand nombre de composés intermédiaires produits, à l’image de l’oxaloacétate qui entre dans l’actuel cycle de Krebs, dans le cycle de l’urée et dans la synthèse de l’aspartate, un acide aminé.
Les chimistes ont suivi expérimentalement ces réactions par spectrométrie à résonance magnétique et ont établi que les deux cycles (appelés cycle du malonate et cycle HKG) fonctionnent à un pH entre 7 et 8,5 et une température inférieures à 50 °C, des conditions compatibles avec celles supposées régner à la surface de la Terre primitive.
Greg Springsteen et ses collègues concluent que si ces cycles protométaboliques ne nécessitant pas de catalyse biologique par des enzymes ont été actifs sur la Terre primitive, ils auraient pu synthétiser les éléments nécessaires pour initier les cycles biochimiques actuels. Joseph Moran, du laboratoire de catalyse chimique, de l’université de Strasbourg, qui n’a pas participé à cette étude, souligne l’intérêt de ces travaux et les nombreuses questions qu’ils posent sur l’évolution du métabolisme : « le peroxyde d'hydrogène a-t-il vraiment été un oxydant plausible sur la Terre primitive ? Pourquoi la vie utiliserait-elle aujourd'hui le cycle de l’acide citrique plutôt que ces cycles du malonate/HKG ? A-t-elle initialement suivi cette voie puis l'a abandonné au profit d’une autre, ou ne l’a-t-elle toujours utilisé que de façon négligeable ? ». La chimie de la Terre primitive reste encore largement à découvrir.
https://www.pourlascience.fr/sd/chimie/un-cycle-chimique-inedit-pourrait-avoir-produit-les-premieres-molecules-du-vivant-12787.php
En disposant dans des conditions variées des molécules à l’origine de réactions semblables à celles de la biochimie actuelle, les chercheurs ont observé des cycles produisant des intermédiaires chimiques identiques à ceux du cycle de l’acide citrique actuel se mettre en place. Les chercheurs ont d’abord sélectionné des molécules prébiotiques relativement simples, l’ion malonate (-OOC-CH2-COO-) et l’ion glyoxylate (-OOC-COH). Comme substitut aux enzymes actuelles facilitant les réactions d’oxydoréduction, ils ont utilisé le peroxyde d’hydrogène – aussi nommé eau oxygénée –, un produit de l’oxydation photochimique de l’eau.
Ces composés participent à un cycle chimique en quatre étapes produisant deux molécules de dioxyde de carbone et un intermédiaire crucial : l’oxaloacétate (-OOC-CO-CH2-COO-). Ce cycle est couplé avec un second, également initié par des molécules simples et produisant une molécule notée HKG, et dont un des intermédiaires est aussi l’oxaloacétate, reliant ainsi ce cycle avec le précédent.
Tout l’intérêt de ce résultat se trouve dans le grand nombre de composés intermédiaires produits, à l’image de l’oxaloacétate qui entre dans l’actuel cycle de Krebs, dans le cycle de l’urée et dans la synthèse de l’aspartate, un acide aminé.
Les chimistes ont suivi expérimentalement ces réactions par spectrométrie à résonance magnétique et ont établi que les deux cycles (appelés cycle du malonate et cycle HKG) fonctionnent à un pH entre 7 et 8,5 et une température inférieures à 50 °C, des conditions compatibles avec celles supposées régner à la surface de la Terre primitive.
Greg Springsteen et ses collègues concluent que si ces cycles protométaboliques ne nécessitant pas de catalyse biologique par des enzymes ont été actifs sur la Terre primitive, ils auraient pu synthétiser les éléments nécessaires pour initier les cycles biochimiques actuels. Joseph Moran, du laboratoire de catalyse chimique, de l’université de Strasbourg, qui n’a pas participé à cette étude, souligne l’intérêt de ces travaux et les nombreuses questions qu’ils posent sur l’évolution du métabolisme : « le peroxyde d'hydrogène a-t-il vraiment été un oxydant plausible sur la Terre primitive ? Pourquoi la vie utiliserait-elle aujourd'hui le cycle de l’acide citrique plutôt que ces cycles du malonate/HKG ? A-t-elle initialement suivi cette voie puis l'a abandonné au profit d’une autre, ou ne l’a-t-elle toujours utilisé que de façon négligeable ? ». La chimie de la Terre primitive reste encore largement à découvrir.
https://www.pourlascience.fr/sd/chimie/un-cycle-chimique-inedit-pourrait-avoir-produit-les-premieres-molecules-du-vivant-12787.php
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire