Comment l'environnement de la Terre primitive a sélectionné le sucre constitutif de l'ADN

Publié par Redbran le 07/07/2021 à 13:00
Source: CNRS INC
Pourquoi le furanose est-il le seul sucre que l'on retrouve dans la composition de l'ADN et l'ARN alors que cette forme de sucre n'est pas la plus stable, donc pas la plus abondante, dans les conditions de température et de pression que nous connaissons actuellement ? Ce sont les sources hydrothermales, omniprésentes à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) primitive, et leur influence thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) complexe, qui pourraient être à l'origine de cette sélectivité. Cette étude menée par les scientifiques du Centre de biophysique (La biophysique est une discipline à l'interface de la physique et la biologie où les outils...) moléculaire (CNRS), qui fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'un article dans la revue Nature Communications, devrait permettre de mieux comprendre pourquoi et comment les molécules s'assemblent pour donner la vie (La vie est le nom donné :) dans un contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) géologique primitif.


© Francesco Piazza

Dans l'ARN comme dans l'ADN, c'est un sucre (Ce que l'on nomme habituellement le sucre est, dès 1406, une "substance de saveur douce...), le ribose (Le ribose est un aldopentose (un pentose du type aldose), c'est un ose constitué d’une...), qui joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) le rôle de squelette (Le squelette est une charpente animale rigide servant de support pour les muscles. Il est à la...). Il relie entre elles les couples de bases azotées à l'origine des brins qui s'enroulent les uns autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) des autres pour former la structure bien connue en simple brin pour l'ARN ou en double hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...) pour l'ADN. Comme la plupart des sucres, le ribose existe sous forme d'un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) d'isomères*. Aux pressions atmosphériques et températures ambiantes que l'on connaît actuellement, la forme la plus stable et donc largement prédominante est le β-D-ribopyranose appelé pyranose. Le furanose, un isomère moins stable et donc moins abondant, est pourtant le seul isomère que l'on retrouve dans la composition de l'ADN et de l'ARN.

Pour expliquer cette surprenante sélectivité, les scientifiques du Centre de biophysique moléculaire (CNRS), grâce à mesures expérimentales en spectroscopie RMN et des calculs de physique statistique (La physique statistique a pour but d'expliquer le comportement et l'évolution de systèmes...), ont mis en évidence une inversion de population entre le pyranose et le furanose qui devient l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...) majoritaire, lorsque le milieu est soumis à un gradient de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...). Cet état de "non-équilibre" pourrait favoriser l'utilisation préférentielle du furanose, maintenant plus abondant, pour former le squelette de l'ADN et l'ARN.

Ces travaux proposent ainsi un modèle capable d'expliquer l'augmentation de concentration en furanose au-delà des limites fixées par la thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur...) à l'équilibre, dans les conditions de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) et de température que l'on retrouve dans des systèmes hydrothermaux. Des gradients de température similaires étant observés dans les environnements hydrothermaux sous-marins, le modèle proposé pourrait expliquer la sélection du furanose comme sucre de la vie il y a plus de 4 milliards d'années sur la Terre primitive, époque à laquelle les sources hydrothermales étaient omniprésentes.

Note:
* composés présentant la même formule chimique mais un enchainement différent des atomes dans la molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...).

Référence:
Avinash Vicholous Dass, Thomas Georgelin, Frances Westall, Frédéric Foucher, Paolo De Los Rios, Daniel Maria Busiello, Shiling Liand & Francesco Piazza.

Equilibrium and non-equilibrium furanose selection in the ribose isomerisation network

Nature Communications, 12 2749 (2021) https://www.nature.com/articles/s41467-021-22818-5

Contacts:
- Francesco Piazza - Enseignant-chercheur au Centre de biophysique moléculaire - Francesco.Piazza at cnrs-orleans.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle,...) - Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
- Christophe Cartier dit Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie,...) - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC - inc.communication at cnrs.fr
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