Des chimistes du Scripps Research Institute (TSRI) ont découvert un composé qui pourrait avoir été un facteur crucial dans les origines de la vie sur Terre.

Les chercheurs d'Origins-of-Life ont émis l'hypothèse qu'une réaction chimique appelée phosphorylation aurait pu être cruciale pour l'assemblage de trois ingrédients clés dans les premières formes de vie :de courts brins de nucléotides pour stocker l'information génétique, de courtes chaînes d'acides aminés (peptides) pour faire le travail principal des cellules, et des lipides pour former des structures d'encapsulation telles que des parois cellulaires. Encore, personne n'a jamais trouvé d'agent phosphorylant qui était plausiblement présent sur la Terre primitive et qui aurait pu produire ces trois classes de molécules côte à côte dans les mêmes conditions réalistes.

Les chimistes du TSRI ont maintenant identifié un tel composé :le diamidophosphate (DAP).

"Nous suggérons une chimie de phosphorylation qui aurait pu donner lieu, tous au même endroit, aux oligonucléotides, oligopeptides, et les structures cellulaires pour les enfermer, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, Ramanarayanan Krishnamurthy, professeur agrégé de chimie à l'IRST. "Cela aurait à son tour permis d'autres chimies qui n'étaient pas possibles auparavant, menant potentiellement au premier simple, entités vivantes à base de cellules."

L'étude, rapporté aujourd'hui dans Chimie de la nature , fait partie d'un effort continu de scientifiques du monde entier pour trouver des voies plausibles pour le voyage épique de la chimie pré-biologique à la biochimie cellulaire.

D'autres chercheurs ont décrit des réactions chimiques qui auraient pu permettre la phosphorylation de molécules pré-biologiques sur la Terre primitive. Mais ces scénarios ont impliqué différents agents phosphorylants pour différents types de molécules, ainsi que des environnements réactionnels différents et souvent rares.

"Il a été difficile d'imaginer comment ces processus très différents auraient pu se combiner au même endroit pour donner les premières formes de vie primitives, " dit Krishnamurthy.

Lui et son équipe, dont les co-premières auteurs Clémentine Gibard, Subhendu Bhowmik, et Megha Karki, tous les associés de recherche postdoctoraux au TSRI, ont d'abord montré que le DAP pouvait phosphoryler chacun des quatre éléments constitutifs nucléosidiques de l'ARN dans l'eau ou dans un état pâteux dans une large gamme de températures et d'autres conditions.

Avec l'ajout du catalyseur imidazole, un composé organique simple qui était lui-même vraisemblablement présent sur la Terre primitive, L'activité de DAP a également conduit à l'apparition de courts, Chaînes de type ARN de ces blocs de construction phosphorylés.

De plus, Le DAP avec de l'eau et de l'imidazole a phosphorylé efficacement les éléments constitutifs des lipides, le glycérol et les acides gras, conduisant à l'auto-assemblage de petites capsules phospholipidiques appelées vésicules, versions primitives des cellules.

Le DAP dans l'eau à température ambiante a également phosphorylé les acides aminés glycine, acide aspartique et acide glutamique, et a ensuite aidé à lier ces molécules en de courtes chaînes peptidiques (les peptides sont des versions plus petites de protéines).

"Avec du DAP et de l'eau et ces conditions douces, vous pouvez faire en sorte que ces trois classes importantes de molécules pré-biologiques se réunissent et se transforment, créer l'opportunité pour eux d'interagir ensemble, " a déclaré Krishnamurthy.

Krishnamurthy et ses collègues ont montré précédemment que le DAP peut phosphoryler efficacement une variété de sucres simples et ainsi aider à construire des glucides contenant du phosphore qui auraient été impliqués dans les premières formes de vie. Leurs nouveaux travaux suggèrent que DAP aurait pu avoir un rôle beaucoup plus central dans les origines de la vie.

"Ça me rappelle la fée marraine de Cendrillon, qui agite une baguette et 'pouf, ''pouf, ''pouf, ' tout ce qui est simple se transforme en quelque chose de plus complexe et intéressant, " a déclaré Krishnamurthy.

L'importance du DAP dans le démarrage de la vie sur Terre pourrait être difficile à prouver plusieurs milliards d'années après les faits. Krishnamurthy a noté, bien que, que des aspects clés de la chimie de la molécule se trouvent encore dans la biologie moderne.

"DAP phosphoryle via la même rupture de liaison phosphore-azote et dans les mêmes conditions que les protéines kinases, qui sont omniprésents dans les formes de vie actuelles, " at-il dit. " La chimie de phosphorylation de DAP ressemble aussi étroitement à ce que l'on voit dans les réactions au cœur du cycle métabolique de chaque cellule. "

Krishnamurthy prévoit maintenant de suivre ces pistes, et il a également fait équipe avec des géochimistes de la Terre primitive pour essayer d'identifier des sources potentielles de DAP, ou des composés phosphore-azote à action similaire, qui étaient sur la planète avant l'apparition de la vie.

"Il y a peut-être eu des minéraux sur la Terre primitive qui ont libéré de tels composés phosphore-azote dans les bonnes conditions, " dit-il. " Les astronomes ont trouvé des preuves de composés phosphore-azote dans le gaz et la poussière de l'espace interstellaire, il est donc certainement plausible que de tels composés aient été présents sur la Terre primitive et aient joué un rôle dans l'émergence des molécules complexes de la vie."