De nombreux travaux ont été réalisés pour déterminer si les éléments constitutifs des molécules biologiques actuelles auraient pu être synthétisés au début de l’histoire de la Terre. Des acides aminés et des acides gras ont été trouvés dans des météores, suggérant cette possibilité. L’atmosphère primitive de la Terre aurait eu peu d’oxygène, de sorte que la plupart des composants auraient dû être réduits. Elle était probablement composée de méthane, d’ammoniac, d’hydrogène et d’eau, comme les atmosphères des autres planètes de notre système solaire. La composition de l’atmosphère primitive est encore controversée. En 1953 (la même année que Watson et Crick ont publié la structure de l’ADN double brin), Stanley Miller a montré que des décharges électriques (pour simuler la foudre) dans une atmosphère réductrice au-dessus d’une « mer simulée » produisaient de nombreux acides aminés. Jusqu’à 11 acides aminés différents ont été produits de cette manière, ainsi que les purines et les pyrimidines (qui nécessitaient des mélanges réactionnels concentrés) nécessaires aux acides nucléiques. L’adénine peut être produite simplement par la réaction du cyanure d’hydrogène et de l’ammoniac dans une solution aqueuse. D’autres bases d’acides nucléiques peuvent être fabriquées avec du cyanure d’hydrogène, du cyanogène (C2N2) et du cyanoacétylène (HC3N).
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Aucun polymère complexe ne résulte de ces réactions. Cependant, en 2004, Lehman, Orgel et Ghadiri ont pu montrer qu’en présence de disulfure de carbone, un gaz rejeté par les volcans, des homo- et hétéropeptides étaient produits. Les peptides amphiphiles peuvent même catalyser leur propre formation à partir de fragments de peptides, si ces derniers sont activés. Les fragments se lieraient au peptide « modèle » plus grand par des actions non polaires des chaînes latérales qui sont orientées le long d’une face des axes hélicoïdaux. Si les fragments se lient d’une manière telle que l’extrémité électrophile est adjacente à l’extrémité nucléophile de l’autre fragment peptidique, il en résulte une condensation des deux fragments peptidiques. Le peptide matrice plus grand agit comme un modèle (en fait comme une « enzyme ») en orientant les deux fragments pour la réaction chimique et en augmentant effectivement leur concentration locale. La réaction des fragments liés est essentiellement intramoléculaire. La réaction se déroule même avec une amplification de l’homochiralité.
Les acides aminés prébiotiques auraient-ils pu se polymériser en une protéine capable de se replier de manière similaire aux protéines modernes ? Cette question a récemment été abordée par Longo et al (2013). Ils ont posé la question de savoir si les acides aminés trouvés dans le mélange de synthèse prébiotique de type Miller et dans les comètes/météores (Ala, Asp, Glu, Gly, Ile, Leu, Pro, Ser, Thr et Val), un ensemble restreint (10) par rapport aux 20 acides aminés naturels actuels, pouvaient former un polymère qui pourrait se replier. Remarquez que cet ensemble réduit d’acides aminés manque d’acides aminés aromatiques et basiques. Ces protéines seraient acides avec un faible pI et pourraient avoir des difficultés, étant donné le manque d’acides aminés aromatiques non polaires, à former un noyau hydrophobe enfoui qui stabilise les protéines. Néanmoins, Longo et al ont pu synthétiser une protéine avec un ensemble légèrement élargi d’acides aminés (12, y compris Asn et Gln, avec 70% d’acides aminés prébiotiques). La structure de l’une des protéines, PV2, est présentée ci-dessous. La protéine était plus stable dans du NaCl 2 M (comparé à 0,1 M) dans lequel elle a montré une dénaturation thermique coopérative avec un point de fusion proche de 650C en utilisant la calorimétrie à balayage différentiel. La protéine présentait des propriétés similaires à celles des organismes halophiles qui se développent en milieu salin. Ces propriétés comprennent des pI faibles et une densité de charge négative élevée, ce qui permet des interactions cation-protéine dans un environnement très salin, et une stabilité moindre dans des environnements peu salins. Les anciens océans étaient plus salés. Les halophiles sont un exemple d’extrêmophiles qui sont fortement représentés dans les archées. Bien que la plupart des halophiles soient aérobies, certains sont anérobies. Peut-être la vie est-elle apparue dans des environnements très salés.
Figure : Structure de la protéine PV2 composée d’un alphabet réduit d’acides aminés principalement prébiotiques.
Interview de Stanley Miller
Contributeurs
- Prof. Henry Jakubowski (College of St. Benedict/St. John’s University)
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