Des scientifiques découvrent de nouvelles réactions chimiques « à l’origine de la vie »

Crédit : domaine public CC0

Il y a quatre milliards d’années, la Terre était très différente d’aujourd’hui, dépourvue de vie et recouverte d’un vaste océan. La vie est née dans cette soupe primordiale au cours de millions d’années. Les chercheurs ont longtemps théorisé comment les molécules se sont réunies pour initier cette transition. Aujourd’hui, les scientifiques de Scripps Research ont découvert un nouvel ensemble de réactions chimiques qui utilisent du cyanure, de l’ammoniac et du dioxyde de carbone – tous considérés comme 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 mis au point un nouveau paradigme pour expliquer ce passage de la chimie prébiotique à la chimie biotique”, a déclaré 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 genre de réactions que nous avons décrites sont probablement ce qui aurait pu se passer sur la Terre primitive.”

En plus de fournir 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 permet les 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 gamme 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 -céto en utilisant à la fois de l’azote et des protéines spécialisées appelées enzymes. Les chercheurs ont trouvé des preuves que les acides α-céto 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 complètement différents, des aldéhydes, plutôt que des acides -céto, car les enzymes pour effectuer la conversion n’existaient pas encore. Mais cette idée a suscité un débat sur la manière et le moment où le passage des aldéhydes aux acides α-céto en tant qu’ingrédient clé de la fabrication des acides aminés s’est produit.

Après avoir réussi à utiliser le cyanure pour déclencher 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 forme ou une autre, 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 se former des acides aminés.

“Nous nous attendions à ce qu’il soit assez difficile de comprendre cela, et cela s’est avéré encore plus facile que nous ne l’avions imaginé”, déclare Krishnamurthy. “Si vous mélangez simplement l’acide céto, le cyanure et l’ammoniac, il reste là. Une fois que vous ajoutez du dioxyde de carbone, même à l’état de traces, la réaction augmente.”

Parce que la nouvelle réaction est relativement similaire à ce qui se passe dans les cellules aujourd’hui – sauf qu’elle est alimentée par du cyanure plutôt que par une protéine – elle semble plus susceptible d’être la source du début de la vie, plutôt que de réactions radicalement différentes, disent les chercheurs. La recherche aide également à rapprocher les deux côtés d’un débat de longue date sur l’importance du dioxyde de carbone au début de la vie, concluant que le dioxyde de carbone était essentiel, mais uniquement en combinaison avec d’autres molécules.

En étudiant 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, pourrait donner naissance à de nombreuses molécules nécessaires aux éléments clés de la vie.

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

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


Nouveau rôle du cyanure au début de la Terre et recherche de vie extraterrestre


Plus d’information:
Ramanarayanan Krishnamurthy, La synthèse prébiotique d’acides aminés et d’orotate à partir d’acides α-céto améliore 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

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

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