Découvrir comment les premières molécules biologiques (comme les protéines et l'ADN) sont apparues est un objectif majeur pour les chercheurs qui tentent de résoudre l'origine de la vie. Aujourd'hui, chimistes de l'Université Saint Louis, en collaboration avec des scientifiques du College of Charleston et du NSF/NASA Center for Chemical Evolution, a publié une étude dans la revue Communication Nature cela suggère que les minéraux déliquescents - qui se dissolvent dans l'eau qu'ils absorbent de l'air humide - peuvent aider à la construction de protéines à partir de blocs de construction plus simples au cours de cycles programmés pour imiter le jour et la nuit sur la Terre primitive.

« En ce qui concerne l'histoire de la planète, comment la vie est née est probablement la plus grande question scientifique que nous puissions poser, " a déclaré Paul Bracher, Doctorat., professeur adjoint de chimie à l'Université de Saint Louis et chercheur principal de l'étude. "Un élément clé de ce grand défi consiste à déterminer comment les grosses molécules de polymère que nous savons être importantes pour la vie auraient pu se former avant que toute notre machinerie biologique n'évolue pour les fabriquer."

Cuisson des protéines dans la cuisine prébiotique

Les acides aminés sont les éléments constitutifs moléculaires liés entre eux par des liaisons peptidiques pour former des protéines. Les chimistes savent depuis longtemps que le simple fait de cuire à sec des mélanges d'acides aminés conduira à la formation de liaisons peptidiques. Les rendements en peptides s'améliorent lorsque l'on ajoute de l'eau et que l'échantillon est à nouveau séché, après que les ingrédients soient autorisés à se mélanger à nouveau. Soumettre les acides aminés à des cycles secs-humides répétés aurait pu être une bonne recette pour préparer des peptides et des protéines sur la Terre primitive, car les journées chaudes et ensoleillées interrompues par des pluies torrentielles occasionnelles semblent être des conditions météorologiques raisonnables. Mais une critique majeure de ce processus est sa dépendance à l'égard de tempêtes imprévisibles qui peuvent avoir édulcoré les ingrédients à l'excès.

L'eau :un ingrédient nécessaire mais problématique

« Suivez l'eau » a été la devise de la NASA dans la recherche de la vie en dehors de notre planète. Sans eau, la biochimie de la vie telle que nous la connaissons serait impossible.

En chimie de l'origine de la vie, la solution est souvent le problème. Pour que des processus chimiques constructifs se produisent, les blocs de construction doivent se dissoudre dans une solution liquide pour trouver des partenaires pour réagir. Sur Terre, ce milieu est l'eau, le dissolvant de la vie.

Cependant, l'eau peut être une arme à double tranchant. Alors que la vie a besoin d'eau pour survivre, trop d'eau peut être destructrice. La plupart des molécules biologiques sont sujettes à l'hydrolyse, un processus dans lequel l'eau brise les liaisons chimiques. Et trop d'eau finira par inonder les cellules en développement qui contiennent les biomolécules en évolution, les éparpillant trop loin les uns des autres pour réagir.

Une pincée de sel

Les minéraux déliquescents offrent un moyen de contourner les limites du cycle humide-sec traditionnel. Ces sels absorbent une quantité limitée d'eau de l'air, en fonction de l'humidité relative, offrant une régulation naturelle de l'eau présente dans une solution.

La nouvelle étude - une collaboration entre des scientifiques de SLU et du College of Charleston - rapporte comment les sels déliquescents peuvent aider à fabriquer des peptides à partir de l'acide aminé le plus simple, glycine, pendant l'autorégulation, répéter le cycle humide-sec. Au cours de la journée, les mélanges réactionnels forment des peptides lorsqu'ils s'évaporent à sec à haute température. La nuit, les réactions acquièrent de l'eau de l'atmosphère pour former des solutions aqueuses à basse température, remouillant ainsi sans ajout d'eau par une tempête de pluie et évitant la possibilité d'une surdilution destructrice.

Différences apparemment mineures, comme changer l'humidité ambiante de 50% à 70%, peut conduire à de profondes différences dans la tendance des échantillons à absorber l'eau, et donc, de grandes différences dans les rendements des réactions qu'ils hébergent. Et tandis que le potassium et le sodium sont voisins sur le tableau périodique avec des réactivités presque identiques, de nombreux sels de potassium sont déliquescents là où leurs homologues de sodium ne le sont pas. Le sel K2HPO4 a favorisé des rendements en peptides issus de la glycine dix fois supérieurs à ceux du Na 2 HPO 4 .

L'équipe pense que leur système peut fournir des indices pertinents pour résoudre le mystère de la raison pour laquelle toute la vie sur Terre dépense autant d'énergie pour enrichir le potassium à l'intérieur des cellules et rejeter le sodium.

« Cette recherche créative, explorer comment l'environnement chimique régule la formation de grosses molécules, représente une autre étape importante vers l'objectif de CCE de comprendre les chimies derrière les premières molécules biologiques. L'engagement réussi des chercheurs de premier cycle dans ce travail reflète également la mission de la NSF d'intégrer la recherche à l'éducation pour la formation de la future main-d'œuvre, " a déclaré le Dr Lin He, le directeur adjoint par intérim de la division de chimie de la National Science Foundation.

Boulangeries au-delà de la Terre

Malgré leur nom à consonance exotique, les sels déliquescents sont courants et existent dans les milieux naturels où ils peuvent jouer un rôle en permettant à l'eau liquide d'exister dans des environnements qui sont autrement trop froids et/ou secs.

Dans une région hyper-aride du désert d'Atacama au Chili, inhospitalière à la vie, les communautés microbiennes résident dans les dépôts de la halite minérale. Leur activité photosynthétique atteint un pic lorsque l'humidité relative dépasse 70%, dépassant le seuil où leur environnement halite devient déliquescent.

Des mélanges déliquescents de sels de chlorure et de perchlorate ont également été identifiés sur Mars. Ces mélanges semblent couler de façon saisonnière et ont suscité un intérêt considérable de la part des astrobiologistes en tant que seule eau liquide à la surface de la planète.

En utilisant ces minéraux naturels, cette nouvelle étude propose que les cycles secs-humides régulés par les oscillations naturelles quotidiennes de la température et de l'humidité - et non par des événements pluvieux incontrôlables - constituent un modèle prébiotiquement réalisable pour conduire la formation chimique de biopolymères au cœur de la biologie.

Une simple pincée de sel était-elle l'ingrédient manquant pour cuisiner la vie sur Terre ? Nous ne le saurons peut-être jamais avec certitude, mais dans ce cas, il semble certainement apporter une grande amélioration à la recette des protéines de cuisson.