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Origine moléculaire de la vie : qu'est-ce qui s'est formé en premier ? Protéine, ADN ou ARN ou une combinaison de ceux-ci ?

"Plusieurs questions sur l'origine de la vie ont trouvé des réponses, mais il reste beaucoup à étudier", ont déclaré Stanley Miller et Harold Urey en 1959 après avoir rapporté la synthèse en laboratoire d'acides aminés dans des conditions terrestres primitives. De nombreuses avancées ont été réalisées, mais les scientifiques sont depuis longtemps aux prises avec une question fondamentale : quel matériel génétique s'est formé en premier sur la Terre primitive, L'ADN or ARN, Ou un peu des deux? Il existe désormais des preuves suggérant que L'ADN et de ARN les deux peuvent avoir coexisté dans la soupe primordiale à partir de laquelle les formes de vie peuvent avoir évolué avec leur matériel génétique respectif.

Le dogme central de la biologie moléculaire affirme que L'ADN fait ARN fait protéines. Protéines sont responsables de la majorité, sinon de la totalité, des réactions qui se produisent dans un organisme. La fonctionnalité entière d’un organisme dépend en grande partie de sa présence et de l’interaction de de protéines molécules. Selon le dogme central, protéines sont produits par les informations contenues dans L'ADN qui est converti en fonctionnel de protéines via un messager appelé ARN. Cependant, il est possible que protéines eux-mêmes peuvent survivre de manière indépendante sans aucun L'ADN or ARN, comme c'est le cas des prions (mal pliés de protéines molécules qui ne contiennent pas L'ADN or ARN), mais peuvent survivre seuls.

Ainsi, il peut y avoir trois scénarios pour l'origine de la vie.

A) Si le protéines ou ses éléments constitutifs ont pu se former de manière abiotique au cours de l'atmosphère qui existait il y a des milliards d'années dans la soupe primordiale, protéines peut être qualifié de base de origine de la vie. La preuve expérimentale en sa faveur vient de la célèbre expérience de Stanley Miller1, 2, qui a montré que lorsqu'un mélange de méthane, d'ammoniac, d'eau et d'hydrogène est mélangé et mis en circulation au-delà d'une décharge électrique, un mélange d'acides aminés se forme. Cela a de nouveau été corroboré sept ans plus tard3 en 1959 par Stanley Miller et Harold Urey déclarant que la présence d'une atmosphère réductrice dans la Terre primordiale a donné lieu à la synthèse de biologique composés en présence des gaz mentionnés ci-dessus ainsi que de plus petites quantités de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone. La pertinence des expériences Miller-Urey a été remise en question pendant plusieurs années par la communauté scientifique, qui pensait que le mélange gazeux utilisé dans leurs recherches était trop réducteur par rapport aux conditions qui existaient sur la Terre primordiale. Un certain nombre de théories penchaient pour une atmosphère neutre contenant un excès de CO2 avec du N2 et de la vapeur d'eau.4. Cependant, une atmosphère neutre a également été identifiée comme un environnement plausible pour la synthèse d'acides aminés5. De plus, pour protéines pour agir comme origines de la vie, ils doivent s'auto-reproduire, conduisant à une combinaison de différents protéines pour répondre aux différentes réactions qui se produisent dans un organisme.

B) Si la soupe primordiale fournissait des conditions pour construire des blocs de L'ADN (facultatif) ARN être formé, alors l'un ou l'autre aurait pu être le matériel génétique. Les recherches jusqu'à présent ont favorisé ARN être le matériel génétique à l'origine des formes de vie en raison de leur capacité à se replier sur lui-même, existant sous la forme d'un seul brin et agissant comme une enzyme6, capable de faire plus ARN molécules. Un certain nombre d’enzymes ARN auto-réplicatives7 ont été découverts au fil des années, suggérant ARN être le matériel génétique de départ. Ceci a été encore renforcé par les recherches menées par le groupe de John Sutherland qui ont conduit à la formation de deux bases d'ARN dans un environnement similaire à la soupe primordiale en incluant du phosphate dans le mélange.8. La formation de blocs de construction d'ARN a également été démontrée en simulant une atmosphère réductrice (contenant de l'ammoniac, du monoxyde de carbone et de l'eau), similaire à celle utilisée dans l'expérience de Miller-Urey, puis en faisant passer des décharges électriques et des lasers à haute puissance à travers eux9. Si l’on considère que l’ARN est à l’origine de ce phénomène, alors quand et comment est-il apparu ? L'ADN et les protéines naissent ? A fait L'ADN se développera plus tard comme matériel génétique en raison de la nature instable de l’ARN et des protéines. Les réponses à toutes ces questions restent encore sans réponse.

C) Le troisième scénario selon lequel l'ADN et l'ARN peuvent coexister dans la soupe primordiale qui a conduit à l'origine de la vie provient d'études publiées le 3rd Juin 2020 par le groupe de John Sutherland du laboratoire MRC de Cambridge, Royaume-Uni. Les chercheurs ont simulé les conditions qui existaient sur une Terre primordiale il y a des milliards d’années, avec des étangs peu profonds en laboratoire. Ils ont d'abord dissous les produits chimiques qui se forment ARN dans l'eau, puis séchés et chauffés, puis soumis à un rayonnement UV qui simulait les rayons du soleil existant à l'époque primordiale. Cela a non seulement conduit à la synthèse des deux éléments constitutifs de ARN mais aussi de L'ADN, suggérant que les deux acides nucléiques coexistaient au moment de l'origine de la vie10.

Sur la base des connaissances contemporaines existantes aujourd'hui et honorant le dogme central de la biologie moléculaire, il semble plausible que l'ADN et l'ARN aient coexisté, ce qui a conduit à l'origine de la vie et à la formation de protéines plus tard.

Cependant, l'auteur souhaite spéculer sur un autre scénario où les trois macromolécules biologiques importantes, à savoir. L'ADN, l'ARN et les protéines coexistent dans la soupe primordiale. Les conditions désordonnées qui existaient dans la soupe primordiale impliquant la nature chimique de la surface de la terre, les éruptions volcaniques et la présence de gaz tels que l'ammoniac, le méthane, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone ainsi que l'eau peuvent avoir été idéales pour la formation de toutes les macromolécules. Un indice de ceci a été fourni par les recherches effectuées par Ferus et al., où les nucléobases se sont formées dans la même atmosphère réductrice9 utilisé dans l'expérience de Miller-Urey. Si nous devons croire en cette hypothèse, alors au cours de l'évolution, différents organismes ont adopté l'un ou l'autre matériel génétique, ce qui a favorisé leur existence à l'avenir.

Cependant, alors que nous essayons de comprendre l'origine des formes de vie, de nombreuses recherches supplémentaires sont nécessaires pour répondre aux questions fondamentales et pertinentes sur la façon dont la vie est apparue et s'est propagée. Cela nécessiterait une approche « out-of-the-box » sans s'appuyer sur les préjugés introduits dans notre pensée par les dogmes actuels suivis en science.

***

Références:

1. Miller S., 1953. Une production d'acides aminés dans des conditions terrestres primitives possibles. Science. 15 mai 1953 : Vol. 117, numéro 3046, pp. 528-529 DOI : https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528

2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Soupe prébiotique – Revisiter l'expérience Miller. Science 02 mai 2003 : Vol. 300, numéro 5620, p. 745-746 DOI : https://doi.org/10.1126/science.1085145

3. Miller SL et Urey HC, 1959. Synthèse de composés organiques sur la terre primitive. Science 31 juillet 1959 : Vol. 130, numéro 3370, p. 245-251. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245

4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Composition atmosphérique et climat sur la Terre primitive. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733-1741 (2006). Publié : 07 septembre 2006. DOI : https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902

5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. Une réévaluation de la synthèse organique prébiotique dans les atmosphères planétaires neutres. Orig Life Evol Biosph 38 : 105–115 (2008). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3

6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. La séquence intermédiaire ARN de Tetrahymena est une enzyme. Science 31 janvier 1986 : Vol. 231, numéro 4737, pp. 470-475 DOI : https://doi.org/10.1126/science.3941911

7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Transcription catalysée par un ribozyme d'un ribozyme actif. Sciences 08 avril : Vol. 332, numéro 6026, p. 209-212 (2011). EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1126/science.1200752

8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Synthèse de ribonucléotides de pyrimidine activés dans des conditions prébiotiques plausibles. Nature 459, 239-242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013

9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Formation de nucléobases dans une atmosphère réductrice Miller-Urey. PNAS 25 avril 2017 114 (17) 4306-4311 ; publié pour la première fois le 10 avril 2017. DOI : https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Formation prébiotique sélective d’ARN pyrimidine et L'ADN nucléosides puriques. Nature 582, 60-66 (2020). Publié : 03 juin 2020. DOI : https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9

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Rajeev Soni
Rajeev Sonihttps://www.RajeevSoni.org/
Le Dr Rajeev Soni (ID ORCID : 0000-0001-7126-5864) est titulaire d'un doctorat. en biotechnologie de l'Université de Cambridge, Royaume-Uni et a 25 ans d'expérience de travail à travers le monde dans divers instituts et multinationales tels que The Scripps Research Institute, Novartis, Novozymes, Ranbaxy, Biocon, Biomerieux et en tant que chercheur principal avec US Naval Research Lab dans la découverte de médicaments, le diagnostic moléculaire, l'expression de protéines, la fabrication de produits biologiques et le développement commercial.

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