Les chimistes de l'University College de Londres ont montré comment deux des ingrédients les plus fondamentaux de la biologie, l'ARN (acide ribonucléique) et les acides aminés auraient pu spontanément réunis à l'origine de la vie il y a quatre milliards d'années.
Les acides aminés sont les éléments constitutifs des protéines, les «chances» de la vie essentielles à presque tous les processus de vie. Mais les protéines ne peuvent pas se reproduire ou se produire elles-mêmes – elles ont besoin d'instructions. Ces instructions sont fournies par l'ARN, un cousin chimique proche d'ADN (acide désoxyribonucléique).
Dans une nouvelle étude, publiée dans Natureles chercheurs ont lié chimiquement les acides aminés de la vie à l'ARN dans des conditions qui auraient pu se produire sur la Terre précoce – une réussite qui a échappé aux scientifiques depuis le début des années 1970.
Le professeur principal de l'auteur Matthew Powner, basé au département de chimie de l'UCL, a déclaré: « La vie repose sur la capacité de synthétiser les protéines – ce sont des molécules fonctionnelles clés de la vie. Comprendre l'origine de la synthèse des protéines est fondamental pour comprendre d'où vient la vie.
«Notre étude est un grand pas vers cet objectif, montrant comment l'ARN aurait pu d'abord contrôler la synthèse des protéines.
« La vie utilise aujourd'hui une machine moléculaire extrêmement complexe, le ribosome, pour synthétiser les protéines. Cette machine nécessite des instructions chimiques écrites dans l'ARN messager, qui porte la séquence d'un gène de l'ADN d'une cellule vers le ribosome. Le ribosome, alors, comme une ligne d'assemblage d'usine, lit cet ARN et relie les acides amino, un par un, pour créer une protéine.
« Nous avons atteint la première partie de ce processus complexe, en utilisant une chimie très simple dans l'eau au pH neutre pour relier les acides aminés à l'ARN. La chimie est spontanée, sélective et aurait pu se produire sur la Terre précoce. »
Les tentatives précédentes pour attacher les acides aminés à l'ARN ont utilisé des molécules hautement réactives, mais celles-ci ont rompu dans l'eau et ont fait réagir les acides aminés les uns avec les autres, plutôt que de devenir liés à l'ARN.
Pour la nouvelle étude, les chercheurs se sont inspirés de la biologie, en utilisant une méthode plus douce pour convertir les acides aminés de la vie en une forme réactive. Cette activation a impliqué un thioester, un composé chimique à haute énergie important dans de nombreux processus biochimiques de la vie et qui a déjà été théorisé pour jouer un rôle au début de la vie.
Le professeur Powner a déclaré: « Notre étude unit deux théories proéminentes d'origine de vie – le« monde de l'ARN », où l'ARN auto-reproduit est proposé comme fondamental, et le« monde thioester », dans lequel les thioesters sont considérés comme la source d'énergie pour les premières formes de vie.
Afin de former ces thioesters, les acides aminés réagissent avec un composé portant le soufre appelé panthéthéine. L'année dernière, la même équipe a publié un article démontrant la panthéthéine peut être synthétisée dans des conditions de première terre, ce qui suggère qu'il était susceptible de jouer un rôle dans le début de la vie.
La prochaine étape, a déclaré les chercheurs, a été d'établir comment les séquences d'ARN pouvaient se lier préférentiellement à des acides aminés spécifiques, afin que l'ARN puisse commencer à coder les instructions pour la synthèse des protéines – l'origine du code génétique.
« Il y a de nombreux problèmes à surmonter avant de pouvoir élucider pleinement l'origine de la vie, mais le plus difficile et excitant reste les origines de la synthèse des protéines », a déclaré le professeur Powner.
L'auteur principal, le Dr Jyoti Singh, de l'UCL Chemistry, a déclaré: « Imaginez le jour où les chimistes pourraient prendre des atomes simples et petites, composés de carbone, d'azote, d'hydrogène, d'oxygène et de soufre, et de ces pièces LEGO forment des molécules capables d'auto-réplication.
« Notre étude nous rapproche de cet objectif en démontrant comment deux pièces LEGO chimiques primordiales (acides aminés activées et ARN) auraient pu construire des peptides, de courtes chaînes d'acides aminés qui sont essentielles à la vie. Ce qui est particulièrement révolutionnaire, c'est que l'acide aminé activé utilisé dans cette étude est un thioester, un type de molécule fabriqué à partir de la coenzyme, un chimique trouvé dans tous Code génétique et construction de protéines. «
Alors que le document se concentre uniquement sur la chimie, l'équipe de recherche a déclaré que les réactions qu'ils ont démontrées auraient pu avoir lieu de manière plausible dans des piscines ou des lacs d'eau sur la terre précoce (mais peu probablement dans les océans car les concentrations des produits chimiques seraient probablement trop dilués).
Les réactions sont trop petites pour voir avec un microscope à lumière visible et ont été suivis en utilisant une gamme de techniques qui sont utilisées pour sonder la structure des molécules, y compris plusieurs types d'imagerie par résonance magnétique (qui montre comment les atomes sont disposés) et la spectrométrie de masse (qui montre la taille des molécules).
