Formation de polypeptides par la réaction oxydante des thioacides aminés. (a) Les thioacides aminés 1 et 2 sont couplés via un intermédiaire disulfure de diaminoacyle et la formation d'amide intramoléculaire subséquente génère une liaison alpha-amide. Le minerai de fer ou Fe2O3 en solution acide accélère cette formation de polypeptide. La performance répétitive de cette réaction donne le polypeptide. (b) Le polypeptide se forme sous la forme d'un précipité blanc. Crédit :Université d'Osaka
Les principaux constituants des cellules, tissu, organes, et les organismes entiers sont des protéines, qui sont construits par l'addition d'acides aminés les uns après les autres pour former de longues chaînes protéiques appelées polypeptides. Bien que les cellules vivantes disposent de machines avancées qui peuvent réaliser cette extension de chaîne avec une vitesse et une précision étonnantes, les efforts pour imiter cette réaction en laboratoire afin de créer des produits peptidiques naturels ou des médicaments peptidiques sont restés bruts et laborieux en comparaison.
En utilisant des variantes d'acides aminés appelées thioacides aminés, une équipe de l'Université d'Osaka a surmonté ces difficultés pour réaliser l'extension précise et simple des chaînes peptidiques dans une réaction rapide. Leur travail, publié dans la revue Biochimie , suggère également que, il y a des milliards d'années, ce mécanisme chimique particulier aurait pu permettre l'apparition d'une abondance de molécules plus grosses et plus complexes, fournissant potentiellement les conditions à partir desquelles la vie a finalement surgi.
Dans cette étude, l'équipe s'est concentrée sur l'amélioration des efforts antérieurs pour synthétiser artificiellement des polypeptides, dans lequel un obstacle majeur était la nécessité d'inclure des groupes protecteurs. De tels groupes protecteurs sont ajoutés aux groupes fonctionnels au sein d'une molécule pour garantir qu'une réaction ultérieure est spécifique. Cependant, ils nécessitent la réalisation de plusieurs étapes de réaction, ce qui rend la procédure inefficace.
"Dans nos efforts pour améliorer la formation de liaisons peptidiques artificielles, plutôt que de se concentrer sur les acides aminés, nous avons plutôt regardé les thioacides aminés, qui comprennent un atome de soufre, ", explique Yasuhiro Kajihara. "Nous avons commencé avec la version thioacide aminé de la phénylalanine en tant que monomère, et au cours d'une réaction d'une durée de cinq minutes seulement, il a été constaté que des chaînes peptidiques contenant de deux à cinq phénylalanines se sont formées. Une analyse alternative a révélé des chaînes aussi longues que 12 phénylalanines."
Une image de la formation de polypeptides par des thioacides aminés à la surface du minerai de fer en solution acide. Crédit :Université d'Osaka
L'équipe a ensuite montré que l'extension de la chaîne peptidique se produisait avec des mélanges de thioacides aminés et également uniquement dans des conditions acides, qui a suggéré que l'oxydation était la clé du mécanisme impliqué. L'équipe l'a confirmé en caractérisant la réaction, et a également montré qu'il impliquait un intermédiaire de réaction unique, qui garantissait que le produit prévu était généré avec précision.
"Étant donné que l'extension des acides aminés réguliers dans les chaînes est un facteur clé pour la vie, nous nous sommes demandé si, il y a des milliards d'années, les thioacides aminés auraient pu agir comme un précurseur de la chimie plus complexe qui a conduit au développement de la vie sensible, compte tenu de leur incorporation rapide et simple dans les chaînes, ", explique l'auteur principal Ryo Okamoto. "Nous avons découvert que la réaction d'oligomérisation se déroulait également dans des conditions chimiques ressemblant à celles de la Terre avant l'apparition de la vie, en utilisant des composants de réaction tels que le minerai de fer et l'acide sulfurique, qui aurait pu être généré à partir de gaz volcanique.
Le travail de l'équipe fournit ainsi non seulement un outil de laboratoire efficace pour une gamme d'applications pratiques, mais aussi un aperçu potentiel de la chimie à partir de laquelle la vie a commencé.
