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Origine de la vie : l'apparition des premiers glucides se clarifie

Depuis de nombreuses années, la science tente de comprendre l’émergence de la vie sur Terre. Deux questions se posent : quelle est l'origine des premières molécules organiques ? Et pourquoi la vie utilise uniquement des glucides de forme D plutôt que L et des acides aminés L plutôt que D ? Une équipe de chercheurs lève un coin de voile en démontrant que les acides aminés L catalysent la formation de glucides D…

Chaque sucre peut adopter deux configurations différentes avec les mêmes constituants. Généralement, seule l'une de ces formes est biologiquement active. Cette caractéristique revêt une importance considérable pour l'industrie pharmaceutique car 2 isomères d'une même molécule peuvent posséder des propriétés différentes. © Université en ligne

Chaque sucre peut adopter deux configurations différentes avec les mêmes constituants. Généralement, seule l'une de ces formes est biologiquement active. Cette caractéristique revêt une importance considérable pour l'industrie pharmaceutique car 2 isomères d'une même molécule peuvent posséder des propriétés différentes. © Université en ligne

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La vie sur Terre serait apparue il y a 3,8 milliards d’années. Les processus responsables de l’émergence des bactéries font l’objet de nombreuses recherches. Ces premiers organismes possédaient une membrane abritant du matériel génétique ainsi que toute la machinerie cellulaire associée.

Les molécules d’ADN et d’ARN se composent d’une succession de bases nucléotidiques. Chaque élément comprend un groupement phosphate, un sucre (le désoxyribose ou le ribose) et une base (adénine, thymine, cytosine, guanine ou uracile). Mais d’où viennent ces molécules ?

L’équipe de Paul Clarke, de l’université de York, a recréé un procédé qui aurait pu donner naissance aux premiers glucides (les sucres) dans le monde prébiotique. Les réactions sont complexes mais il apparaît que la synthèse de glucides biologiques serait liée à la présence d’acides aminés présentant une configuration particulière.

Il s’agit d’une avancée considérable permettant d’expliquer comment de simples sucres (tels que des thréoses ou des érythroses) ont pu se développer. Ces résultats sont publiés dans la revue Organic and Biomolecular Chemestry.

Ce diagramme résume la principale découverte faite en essayant d'expliquer l'origine des sucres sur Terre. Les esters d'acides aminés (de configuration L) catalysent la formation d'énantiomères (des molécules isomères qui sont l'image l'une de l'autre) de configuration D. C'est justement la forme retrouvée dans tous les organismes vivants. © Burroughs et al. 2012, Organic & Biomolecular Chemistry
Ce diagramme résume la principale découverte faite en essayant d'expliquer l'origine des sucres sur Terre. Les esters d'acides aminés (de configuration L) catalysent la formation d'énantiomères (des molécules isomères qui sont l'image l'une de l'autre) de configuration D. C'est justement la forme retrouvée dans tous les organismes vivants. © Burroughs et al. 2012, Organic & Biomolecular Chemistry

Apparition des sucres : une question d’isomère

Chaque molécule biologique peut exister sous deux formes, ou isomères, en fonction de la manière dont les atomes s’agencent, seuls ou en groupes, autour d’un carbone asymétrique : les formes D et L. Chaque isomère optique (ou éniantomère) donne une image retournée de l’autre. D'une manière inexpliquée, tous les glucides observés dans le monde du vivant sont D. Le groupement hydroxyle OH du carbone le plus oxydé est à droite dans la représentation de Fisher. À l’inverse, les acides aminés naturels constituant les peptides et les molécules sont tous L. Le groupement NH2 est à gauche dans la représentation de Fisher.

À partir des composés chimiques qui devaient exister dans le milieu avant l'apparition de la vie, les chercheurs ont utilisé des acides aminés pour catalyser la synthèse des sucres. À la fin des réactions, ils se sont rendu compte que l’utilisation d’acides aminés L, forme naturelle, permettait de principalement synthétiser des glucides D, la forme des isomères biologiques. En effet, des esters de (L)-leucine, (L)-alanine et de (L)-valine ont catalysé le développement de (D)-tétroses. Il s'agit d'un groupe de glucides auquel appartiennent le thréose et l'érythrose. Quelques formes L sont néanmoins obtenues lorsque les réactions sont catalysées par la (L)-proline.

L’influence du pH et de la salinité sur les différentes formes de sucres produits (D ou L) a également été étudiée. Ces deux facteurs joueraient un rôle non négligeable. Le déroulement des réactions chimiques à un pH de 7 favorise le plus la production de la forme D des glucides.

Selon les auteurs de la découverte, ces résultats permettraient de mieux comprendre l’origine des sucres et surtout pourquoi la forme D domine dans le monde du vivant. La question à se poser maintenant est de savoir précisément d'où viennent les acides aminés...


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