Un réseau précurseur de la biochimie du vivant identifié
Publié par Adrien le 03/05/2019 à 08:00
Source: CNRS INC

© Joseph Moran
Pour progresser dans la compréhension de l'origine de la vie, des chercheurs de l'Institut de science et d'ingénierie supramoléculaires (ISIS - CNRS/Université de Strasbourg) ont imaginé un réseau dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) de réactions chimiques, proche de la biochimie actuelle du vivant. À partir de deux biomolécules "simples" dissoutes dans une eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) riche en fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau...), et en seulement quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :), les chercheurs sont parvenus à un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de nouvelles biomolécules, sans aucune activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) enzymatique. Ces résultats, publiés dans la revue Nature, permettent de mieux appréhender la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) prébiotique et son évolution vers la vie (La vie est le nom donné :).

Comment la vie et ses métabolismes biologiques ont-ils été amorcés sur la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus...) primitive ? Et pourquoi les organismes utilisent-ils ces réactions métaboliques et pas d'autres ? En règle générale, le vivant fabrique des biomolécules en fixant le CO2 et finit par les décomposer à nouveau en CO2. Ce processus complexe et dynamique est régi par seulement cinq composés organiques, au centre de la biochimie. Telles les cinq plus grosses stations de métro de Paris (Le métro de Paris est un des systèmes de transport en commun desservant la ville de Paris et son agglomération. Il comporte 16 lignes en site propre, essentiellement...) qui, connectées entre elles, permettent l'inter-connexion globale de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) parisien, ces cinq composés donnent accès à une multitude de voies métaboliques et de biomolécules, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est...) un réseau réactionnel riche. Une équipe de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) de science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de connaissances,...) et d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une...) supramoléculaires (CNRS/Université de Strasbourg) avait déjà montré que des sels de fer et d'autres métaux de transition, en milieu aqueux, favorisent deux anciennes voies de fixation du CO2 - le tout sans enzymes, apparues bien plus tard sur Terre. Cette équipe s'intéresse maintenant à la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des...) actuelle dans laquelle le vivant utilise une autre voie métabolique nommée "cycle de Krebs".

Les scientifiques ont démontré que deux molécules issues de la transformation du CO2, mélangées dans de l'eau chaude riche en fer, donnent naissance à un réseau réactionnel qui se complexifie avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), capable de produire une grande variété d'autres molécules qui finissent toutes par se décomposer en CO2. Le système de réactions et espèces chimiques ainsi obtenues ressemble aux réactions de synthèse et de dégradation réalisées par les organismes biologiques, mais sans enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant d'abaisser l'énergie d'activation d'une réaction et d'accélérer jusqu'à des millions de fois les réactions chimiques du...). On retrouve 9 des 11 intermédiaires (y compris les 5 métabolites décrits précédemment) obtenus dans le cycle biologique de Krebs et 7 de ses 11 réactions. Ce nouveau réseau réactionnel reproduit également la majeure partie des réactions chimiques nécessaires à une autre voie biologique connue, le cycle du glyoxylate. En ajoutant un composé inorganique, l'hydroxylamine, ce réseau conduit également à quatre acides aminés biologiques, constituants de protéines du vivant.

Il manque donc peu d'éléments pour reproduire l'ensemble des réactions chimiques que le cycle biologique utilise aujourd'hui. Ce réseau chimique, favorisé par l'abondance géochimique du fer, aurait donc pu être un précurseur prébiotique de ces voies métaboliques reconnues comme les plus préservées par l'évolution. Ces résultats proposent ainsi une explication sur la façon dont la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par...) biomoléculaire a pu se mettre en place.

Références

Kamila B. Muchowska, Sreejith J. Varma, Joseph Moran.
Synthesis and breakdown of universal metabolic precursors promoted by iron
Nature - Mai 2019
DOI: 10.1038/s41586-019-1151-1
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