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Origine de la vie : une nouvelle voie pour l’apparition de l’ARN ?

ActualitéClassé sous :chimie , ARN , triaminopyrimidine

L'ADN est au cœur de la vie telle que nous la connaissons. On pense qu'il est apparu par évolution à partir de molécules prébiotiques, et surtout de l'ARN. Une nouvelle voie de synthèse pouvant aboutir aux nucléotides de l'ARN et à leur polymérisation a été découverte par des chercheurs du Georgia Institute of Technology. Elle nous rapproche un peu du secret de l'origine de la vie, mais le chemin à parcourir reste encore long.

Une image obtenue par la technique de microscopie à force atomique de la structure des nucléosides formés par l'autoassemblage de molécules de triaminopyrimidine (TAP) et de ribose avec de l'acide cyanurique. L'ARN est peut-être apparu sur Terre à partir de cette voie de synthèse. © Nicholas Hud

En 1986, le prix Nobel Walter Gilbert a émis l'hypothèse que l'apparition du code génétique sur Terre s'était d'abord produite sous la forme de brins d'ARN qui, par évolution, auraient donné la molécule de la vie, l'ADN. Mais bien évidemment, cela ne fait que repousser le problème de l'origine de la vie d'un cran, sans parler de la nécessité de comprendre d'où viennent les membranes et les organites cellulaires. Fort logiquement, on peut penser que l'ARN lui-même a évolué à partir de molécules moins complexes.

Rappelons que l'ARN, ou acide ribonucléique, est un polymère linéaire constitué d'un enchaînement de nucléotides. Chaque nucléotide contient un groupement phosphate, un sucre, le ribose et une base azotée (ces deux derniers éléments forment un nucléoside). Comprendre l'origine de l'ARN revient donc à comprendre en grande partie comment des bases azotées et le ribose sont apparus sur Terre voilà des milliards d'années, dans quelles conditions ils ont pu s'associer pour former des nucléotides, et enfin comment ces nucléotides ont pu polymériser. La question de l'origine du ribose pose plus généralement celle de l'apparition des glucides.

Le biochimiste russe Alexandre Oparine, à l'origine d'une hypothèse sur la formation des premières molécules organiques sur Terre, parle (en russe, traduit ensuite par son interlocuteur) de la possibilité, dans un avenir pas très éloigné, de synthétiser la matière vivante, en choisissant judicieusement les différentes étapes à suivre. © Ina

La question de l'origine des briques de la vie

Voilà quelque temps, Nicholas Hud, directeur du Center for Chemical Evolution (Georgia Institute of Technology, États-Unis), avait découvert avec ses collègues et des étudiants en thèse que l'action des ultraviolets pouvait permettre de comprendre l'apparition des bases azotées comme la guanine ou l'adénine à partir de solutions concentrées de formamide. De telles solutions pouvaient avoir existé sur la Terre primitive, par exemple dans des mares chaudes du type de celles que Darwin conjecturait avoir été les lieux où une chimie prébiotique active avait donné naissance à la vie. Une idée qui avait été reprise et développée plus tard, notamment par le chimiste russe Alexandre Oparine.

Avec les travaux de ce chercheur et surtout du biochimiste américain Sidney Walter Fox avec ses microsphères (des polymères obtenus par chauffage à sec d'acides aminés), on sait qu'il existe des processus chimiques qui conduisent à la formation de structures ressemblant beaucoup à des membranes cellulaires. Des molécules organiques peuvent s'y concentrer et s'y isoler. De façon intéressante, ces structures apparaissent dans des mélanges aqueux soumis à des conditions de pression et de température similaires à celles régnant dans l'environnement des sources hydrothermales océaniques avec des fumeurs noirs et blancs. On étudie d'ailleurs aujourd'hui les origines de la vie avec des simulateurs de ces sources.

André Brack est directeur de recherche émérite au Centre de biophysique moléculaire du CNRS à Orléans et membre honoraire de l'Institut d'astrobiologie de la Nasa. Dans cette conférence, il nous parle des recherches sur l'origine de la vie. © Université d'Orléans

Nicholas Hud a poursuivi ses investigations sur l'origine de l'ARN, et il vient de faire avec ses collègues une publication intéressante dans le Journal of the American Chemical Society. Plutôt que de tenter d'obtenir de l'ARN par une voie de synthèse partant d'un mélange de ribose et de bases azotées usuelles de l'ARN, ce qui n'avait pas donné des résultats très convaincants, les chimistes ont utilisé à la place du ribose et de la triaminopyrimidine (TAP).

Un ancêtre moléculaire de l'ARN ?

Les résultats obtenus en ajoutant de l'acide cyanurique à ce mélange placé dans des conditions similaires à celles de mares chaudes et en voie d'assèchement de la Terre primitive ont été assez spectaculaires. Jusqu'à 80 % des molécules de TAP ont réagi avec le ribose pour former notamment un nucléoside, le β-ribofuranoside, et surtout des polymères rappelant ceux de l'ARN. Jamais un tel rendement n'avait encore été obtenu avec du ribose lors des précédentes tentatives de synthèse d'un nucléoside. Ce n'est pas encore l'un des nucléosides qui constituent les nucléotides de l'ARN ou de l'ADN, mais on peut penser que l'on est en présence d'un des précurseurs ayant conduit à ces nucléotides, et que d'autres réactions similaires ont mené à tous les nucléotides de l'ARN.

Clairement, même s'il s'agit d'un progrès, on est encore loin d'une compréhension véritable de l'origine de la vie. Peut-être faudra-t-il attendre des données fournies par des explorations poussées de Mars, Europe et des comètes.

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