En utilisant des méthodes de chimie quantique, une équipe de chercheurs dirigée par le Dr Matthias Granold et le professeur Bernd Moosmann de l'Institut de pathobiochimie de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence a résolu l'une des plus anciennes énigmes de la biochimie. Ils ont découvert pourquoi il y a 20 acides aminés qui forment la base de toute vie aujourd'hui, même si les 13 premiers acides aminés générés au fil du temps auraient été suffisants pour former un répertoire complet des protéines fonctionnelles requises. Le facteur décisif est la plus grande réactivité chimique des nouveaux acides aminés plutôt que leur structure spatiale. Dans leur publication dans la principale revue PNAS , les chercheurs basés à Mayence postulent également que c'est l'augmentation de l'oxygène dans la biosphère qui a déclenché l'ajout d'acides aminés supplémentaires à la boîte à outils des protéines.

Toute vie sur Terre est basée sur 20 acides aminés, qui sont gouvernés par l'ADN pour former des protéines. Dans l'ADN hérité, il s'agit toujours de trois bases d'ADN séquentielles, ou codons, qui se combinent pour "coder" un seul de ces 20 acides aminés. La grille de codons qui en résulte est ce qu'on appelle le code génétique. "Les chercheurs se demandent depuis des décennies pourquoi l'évolution a sélectionné ces 20 acides aminés pour le codage génétique, " a déclaré le professeur Bernd Moosmann. " La présence des sept derniers acides aminés est particulièrement difficile à expliquer, parce que des protéines appropriées et fonctionnelles peuvent être assemblées en utilisant uniquement les 10 à 13 premiers et les plus anciens acides aminés."

Dans une nouvelle approche, les chercheurs ont comparé la chimie quantique de tous les acides aminés utilisés par la vie sur Terre avec la chimie quantique des acides aminés de l'espace, apporté sur des météorites, ainsi qu'avec celui des biomolécules de référence modernes. Ils ont découvert que les nouveaux acides aminés étaient devenus systématiquement plus doux, c'est à dire., plus facilement réactif ou sujet à des modifications chimiques. "La transition de la chimie morte là-bas dans l'espace à notre propre biochimie ici aujourd'hui a été marquée par une augmentation de la douceur et donc une réactivité accrue des blocs de construction, " a expliqué Moosmann. Les chercheurs ont pu vérifier les résultats de leurs calculs théoriques dans des expériences biochimiques. Les aspects fonctionnels ont également dû jouer un rôle important en ce qui concerne les acides aminés les plus récents car ces nouveaux venus ne présentent guère d'avantages particuliers lorsqu'il s'agit de construire des protéines. structure.

Cependant, le problème restait de savoir pourquoi les acides aminés mous ont été ajoutés à la boîte à outils en premier lieu. Avec quoi exactement ces acides aminés facilement réactifs étaient-ils censés réagir ? Sur la base de leurs résultats, les chercheurs concluent qu'au moins certains des nouveaux acides aminés, en particulier la méthionine, tryptophane, et la sélénocystéine, ont été ajoutés en raison de l'augmentation des niveaux d'oxygène dans la biosphère. Cet oxygène a favorisé la formation de radicaux libres toxiques, qui expose les organismes et les cellules modernes à un stress oxydatif massif. Les nouveaux acides aminés ont subi des réactions chimiques avec les radicaux libres et les ont ainsi piégés de manière efficace. Les nouveaux acides aminés oxydés, à son tour, étaient facilement réparables après oxydation, mais ils protégeaient d'autres structures biologiques plus précieuses, qui ne sont pas réparables, des dommages induits par l'oxygène. D'où, les nouveaux acides aminés ont fourni aux ancêtres lointains de toutes les cellules vivantes un avantage de survie très réel qui leur a permis de réussir dans la plus oxydante, "courageux" nouveau monde sur Terre. « Dans cette optique, nous pourrions caractériser l'oxygène comme l'auteur ajoutant la touche finale au code génétique, " a déclaré Moosmann.