La Terre n'a pas toujours abrité la vie. Mais il y a environ 4 milliards d'années, quelque chose dans l'environnement a changé, et des systèmes dotés de propriétés biologiques ont commencé à émerger. De nombreux scientifiques pensent qu'une danse animée de molécules appelées acides aminés est en partie responsable du changement :molécules liées, se sont séparés et se sont finalement réunis pour former la vie telle que nous la connaissons.

Nous ne saurons peut-être jamais exactement comment le processus a fonctionné, mais les chimistes d'aujourd'hui ont fait de nouvelles découvertes qui s'appuient sur des théories prometteuses sur la formation de la vie.

"Comment la chimie a conduit à une vie complexe est l'une des questions les plus fascinantes auxquelles l'humanité ait réfléchi, " dit Luc Leman, Doctorat., professeur adjoint de chimie à Scripps Research. « Il existe de nombreuses théories sur les origines des protéines, mais pas tellement de soutien expérimental en laboratoire pour ces idées. »

Leman a récemment co-dirigé une étude sur la recette même de la vie sur la Terre primitive; la recherche est publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences . Il a travaillé en étroite collaboration avec des chercheurs du Georgia Institute of Technology et du Center for Chemical Evolution, qui est soutenu par la National Science Foundation et la NASA.

"La recherche nous aide à comprendre comment des peptides chargés positivement ont pu se former sur la terre prébiotique, " dit Moran Frenkel-Pinter, Doctorat., un boursier postdoctoral à Georgia Tech et premier auteur de l'article. Les peptides sont fabriqués lorsque deux ou plusieurs blocs de construction d'acides aminés se lient, menant aux protéines qui composent chaque organisme.

Léman, Frenkel-Pinter et de nombreux autres scientifiques dans ce domaine trouvent étrange que chaque être vivant sur notre planète forme ses protéines à partir du même ensemble de 20 acides aminés. Pourquoi cet ensemble spécifique ? Les scientifiques savent qu'il existe de nombreux autres acides aminés. En réalité, des météorites contenant jusqu'à 80 acides aminés ont atterri sur Terre.

« Dans la Terre prébiotique, il y aurait eu un ensemble beaucoup plus grand d'acides aminés, " dit Léman, qui est également collaborateur scientifique au Center for Chemical Evolution. "Y a-t-il quelque chose de spécial à propos de ces 20 acides aminés, ou est-ce que ceux-ci ont simplement été gelés à un moment donné par l'évolution ? »

La nouvelle étude suggère que la dépendance de la vie à ces 20 acides aminés n'est pas un accident. Les chercheurs montrent que les types d'acides aminés utilisés dans les protéines sont plus susceptibles de s'associer car ils réagissent ensemble plus efficacement et ont peu de réactions secondaires inefficaces.

Cette découverte donne aux chercheurs un retour dans le temps et un modèle de travail pour tester d'autres théories sur les origines de la vie. Comprendre comment se forment les peptides est également important pour le domaine de la chimie de synthèse, où les scientifiques s'efforcent de concevoir de nouvelles molécules pouvant être utilisées pour les thérapies médicamenteuses et la science des matériaux.

« Ce travail est un véritable pas en avant pour comprendre pourquoi certains éléments constitutifs se trouvent dans les protéines essentielles à la vie, " dit Kathy Covert, directeur de programme aux Centers for Chemical Innovation de la National Science Foundation, qui cofinance le Center for Chemical Evolution. « Grâce à des recherches comme celle-ci, le Centre réalise sa mission ambitieuse de faire la lumière sur la chimie des biopolymères, un fondement de tous les êtres vivants."

Pour l'expérimentation, les chercheurs ont comparé les acides aminés « protéiques » – ceux utilisés par les organismes aujourd'hui – aux acides aminés qui ne sont pas présents dans les êtres vivants. Les chercheurs savaient que l'évaporation de l'eau aurait pu créer les conditions nécessaires à la liaison des acides aminés sur la Terre primitive, ils ont donc utilisé une réaction de séchage - l'eau s'évapore et de la chaleur est appliquée - pour imiter les conditions naturelles qui font que les acides aminés forment des peptides.

"Avec les cycles de chauffage et de séchage, vous pouvez former des chaînes d'acides aminés similaires aux structures protéiques, " dit Léman.

Leurs expériences ont montré que les acides aminés protéiques sont plus susceptibles de se lier spontanément pour former de grandes « macromolécules » sans nécessiter d'autres ingrédients, tels que des enzymes ou des agents d'activation. Cette liaison est une étape importante dans la formation d'une protéine.

Les acides aminés protéiques semblaient préférer la réactivité à travers une partie de leur structure appelée alpha-amine. Ils formaient principalement des linéaires, « topologies » de squelette de type protéine (formations géométriques). Cette tendance aurait pu donner à ces acides aminés une longueur d'avance dans le pliage et la liaison, conduisant finalement à des protéines.

D'après la chimie qu'ils ont observée, les scientifiques ont maintenant une explication possible pour la sélection des acides aminés chargés positivement trouvés dans les protéines d'aujourd'hui.

"C'est une force motrice purement chimique qui aurait pu conduire à la sélection de certains acides aminés par rapport à d'autres, " dit Léman.

Loren Williams, Doctorat., professeur à Georgia Tech et co-responsable de l'étude, dit que la recherche donne aux chimistes un point de départ pour comprendre comment la vie aurait pu commencer sur la Terre primitive, aussi appelée la Terre d'Hadéenne. "Nous commençons à comprendre comment des processus purement chimiques, basé sur ceux de la Terre Hadéenne, peut produire des molécules qui ont des similitudes surprenantes avec les polymères biologiques, " dit Williams, qui est également membre du CCE.

Aller de l'avant, les chercheurs aimeraient étudier comment ces acides aminés interagissent avec l'ARN, l'ingrédient au début qui a peut-être rendu possible la prochaine étape de l'évolution.

"Il sera intéressant d'apprendre comment ces ancêtres des protéines chargés positivement coopèrent avec des molécules chargées négativement telles que l'ARN, " dit Frenkel-Pinter.