Scientists discover new 'origins of life' chemical reactions

Scientists discover new ‘origins of life’ chemical reactions

Crédit : domaine public CC0

Il y a quatre milliards d’années, la Terre était très différente de ce qu’elle est aujourd’hui, dépourvue de vie et couverte par un vaste océan. Au cours de millions d’années, dans cette soupe primordiale, la vie a surgi. Les chercheurs ont longtemps théorisé comment les molécules se sont réunies pour provoquer cette transition. Maintenant, les scientifiques de Scripps Research ont découvert un nouvel ensemble de réactions chimiques qui utilisent le cyanure, l’ammoniac et le dioxyde de carbone, que l’on pense être courants sur la Terre primitive, pour générer des acides aminés et des acides nucléiques, les éléments constitutifs des protéines et de l’ADN.

“Nous avons conçu un nouveau paradigme pour expliquer ce passage de la chimie prébiotique à la chimie biotique”, déclare Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., professeur agrégé de chimie à Scripps Research et auteur principal du nouvel article, publié le 28 juillet. , 2022 dans la revue chimie naturelle. “Nous pensons que le type de réactions que nous avons décrites sont probablement celles qui auraient pu se produire sur la Terre primitive.”

En plus de donner aux chercheurs un aperçu de la chimie de la Terre primitive, les réactions chimiques récemment découvertes sont également utiles dans certains processus de fabrication, tels que la génération de biomolécules personnalisées à partir de matières premières peu coûteuses.

Plus tôt cette année, le groupe de Krishnamurthy a montré comment le cyanure peut permettre des réactions chimiques qui convertissent les molécules prébiotiques et l’eau en composés organiques de base nécessaires à la vie. Contrairement aux réactions proposées précédemment, celle-ci fonctionnait à température ambiante et sur une large plage de pH. Les chercheurs se sont demandé si, dans les mêmes conditions, il existait un moyen de générer des acides aminés, des molécules plus complexes qui composent les protéines de toutes les cellules vivantes connues.

Dans les cellules d’aujourd’hui, les acides aminés sont générés à partir de précurseurs appelés acides α-céto en utilisant à la fois de l’azote et des protéines spécialisées appelées enzymes. Les chercheurs ont trouvé des preuves que les α-cétoacides existaient probablement au début de l’histoire de la Terre. Cependant, beaucoup ont émis l’hypothèse qu’avant l’avènement de la vie cellulaire, les acides aminés devaient avoir été générés à partir de précurseurs entièrement différents, les aldéhydes, plutôt que les acides α-céto, puisque les enzymes pour les transporter n’existaient pas encore à la conversion. Mais cette idée a conduit à un débat sur comment et quand le passage des aldéhydes aux α-cétoacides en tant qu’ingrédient clé dans la fabrication des acides aminés s’est produit.

Après avoir réussi à utiliser le cyanure pour provoquer d’autres réactions chimiques, Krishnamurthy et ses collègues ont soupçonné que le cyanure, même sans enzymes, pourrait également aider à convertir les acides α-céto en acides aminés. Sachant que l’azote serait nécessaire sous une certaine forme, ils ont ajouté de l’ammoniac, une forme d’azote qui aurait été présente sur la Terre primitive. Puis, par essais et erreurs, ils ont découvert un troisième ingrédient clé : le dioxyde de carbone. Avec ce mélange, ils ont rapidement commencé à voir comment les acides aminés se formaient.

“Nous nous attendions à ce que ce soit assez difficile à comprendre, et cela s’est avéré encore plus simple que nous ne l’avions imaginé”, déclare Krishnamurthy. “Si vous ne mélangez que le cétoacide, le cyanure et l’ammoniac, il reste là. Dès que vous ajoutez du dioxyde de carbone, même en quantités infimes, la réaction s’accélère.”

Parce que la nouvelle réaction est relativement similaire à ce qui se produit à l’intérieur des cellules aujourd’hui, à l’exception du fait qu’elle est alimentée par du cyanure plutôt que par des protéines, elle semble plus susceptible d’être à l’origine du début de la vie, plutôt que de réactions radicalement différentes, selon les chercheurs. La recherche aide également à combler les deux côtés d’un débat de longue date sur l’importance du dioxyde de carbone pour le début de la vie, concluant que le dioxyde de carbone était essentiel, mais uniquement en combinaison avec d’autres molécules.

Au cours de l’étude de leur soupe chimique, le groupe de Krishnamurthy a découvert qu’un sous-produit de la même réaction est l’orotate, un précurseur des nucléotides qui composent l’ADN et l’ARN. Cela suggère que la même soupe primordiale, dans de bonnes conditions, aurait pu donner naissance à un grand nombre de molécules nécessaires aux éléments constitutifs clés de la vie.

“Ce que nous voulons faire ensuite, c’est approfondir les recherches sur le type de chimie qui peut émerger de ce mélange”, déclare Krishnamurthy. « Les acides aminés peuvent-ils commencer à fabriquer de petites protéines ? Une de ces protéines pourrait-elle revenir en arrière et commencer à agir comme une enzyme pour produire davantage de ces acides aminés ?

En plus de Krishnamurthy, les auteurs de l’étude, “La synthèse prébiotique des acides α-aminés et de l’orotate d’acide α-céto améliorent la transition vers les voies métaboliques existantes”, sont Sunil Pulletikurti, Mahipal Yadav et Greg Springsteen.


Nouveau rôle du cyanure sur la Terre primitive et recherche de vie extraterrestre


Plus d’informations:
Ramanarayanan Krishnamurthy, La synthèse prébiotique d’acides α-aminés et d’orotate à partir d’acides α-céto potentialise la transition vers les voies métaboliques existantes, chimie naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41557-022-00999-w. www.nature.com/articles/s41557-022-00999-w

Fourni par l’Institut de recherche Scripps

Citation: Des scientifiques découvrent de nouvelles réactions chimiques « à l’origine de la vie » (28 juillet 2022) Extrait le 28 juillet 2022 de https://phys.org/news/2022-07-scientists-life-chemical-reactions.html

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