Dans une étape importante au cours de l'évolution précoce de la vie sur Terre, la formation de l'acide aminé cystéine a délivré des catalyseurs vitaux, qui a permis aux premières molécules de protéines de se former dans l'eau, selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'UCL.

Toutes les protéines sont construites à partir des mêmes 20 acides aminés. Un de ceux-là, cystéine, était supposée ne pas avoir été présente à l'origine de la vie. Malgré son importance fondamentale pour toute vie aujourd'hui, on ne savait pas comment la cystéine aurait pu se former sur la Terre primitive.

Dans une nouvelle étude, Publié dans Science , Les scientifiques de l'UCL ont recréé la formation de la cystéine à l'origine de la vie. En outre, ils ont observé comment, une fois formé, la cystéine catalyse la fusion des peptides dans l'eau, une étape fondamentale sur la voie des enzymes protéiques.

Les chercheurs de l'UCL ont créé de la cystéine à l'aide d'une chimie et de produits chimiques très simples - le cyanure d'hydrogène et le sulfure d'hydrogène - qui étaient susceptibles d'être abondants sur la Terre primitive. La voie qu'ils ont tracée ressemble étroitement à la façon dont la cystéine est synthétisée dans les organismes vivants aujourd'hui, et les chercheurs pensent qu'ils sont historiquement liés.

L'étude a également révélé que les résidus de cystéine catalysent la synthèse peptidique dans l'eau en réunissant de courts fragments peptidiques que l'équipe avait précédemment trouvés dans une étude publiée dans La nature l'année dernière.

L'auteur principal, le professeur Matthew Powner (UCL Chemistry) a déclaré:"Nos résultats montrent comment la cystéine a pu se former sur la Terre primitive et comment elle aurait pu jouer un rôle essentiel dans l'évolution de la synthèse des protéines.

« Une fois formé, les catalyseurs à base de cystéine se comportent comme des « proto-enzymes » pour produire des peptides dans l'eau. Cette chimie robuste aurait pu générer des peptides suffisamment longs pour se replier dans des structures de type enzyme, qui seraient les précurseurs des enzymes protéiques qui sont fondamentales pour tous les organismes vivants."

Le co-auteur principal et chercheur Dr. Saidul Islam (UCL Chemistry) a déclaré :« Nous avons montré que les nitriles possèdent l'énergie intrinsèque requise pour former des liaisons peptidiques dans l'eau. C'est le moyen le plus simple de fabriquer des peptides qui fonctionnent avec tous les les 20 acides aminés, ce qui le rend d'autant plus incroyable.

"C'est précisément le genre de simple, pourtant spécial, la chimie qui était essentielle au démarrage de la vie il y a plusieurs milliards d'années. Notre étude fournit une preuve supplémentaire que les molécules de la vie sont issues de la chimie du nitrile sur la Terre primitive."

Co-auteur principal Dr Callum Foden, qui a terminé le travail alors qu'il était titulaire d'un doctorat. étudiant à l'UCL, a déclaré : « La synthèse peptidique que nous avons découverte est simple, hautement sélectif et utilise des molécules qui étaient disponibles sur la Terre primitive.

"Un seul résidu de cystéine suffit pour produire une activité catalytique robuste. Il est remarquable que de si petites molécules puissent effectuer une réaction (bio)chimique si importante, sélectivement dans l'eau, à pH neutre, et dans des rendements si élevés."

Discuter d'autres implications de leur étude, Le professeur Powner a déclaré :« Nous avons résolu un problème de longue date concernant l'origine de la vie en fournissant une solution simple à la synthèse catalytique de peptides dans l'eau. les catalyseurs sont construits uniquement à partir des acides aminés de la biologie. Comprendre comment la cystéine aurait pu contrôler la formation des premiers peptides de la Terre a rendu le long chemin de la chimie à un organisme vivant un peu plus court, et un peu moins intimidant.

"Notre étude suggère que la cystéine a été introduite pour la première fois dans les peptides de la vie par modification de la sérine (un autre des acides aminés de la vie). Cela soulève maintenant des questions importantes sur l'évolution précoce et le codage de la synthèse des peptides. On suppose généralement que la cystéine n'a pas été présente dans les premiers code génétique, et cela correspond parfaitement à nos observations. Nos résultats indiquent que la sérine codée pourrait fournir des peptides de cystéine, conduisant à un rôle clé de la cystéine dans l'évolution avant même qu'elle ne soit attribuée au code génétique de la vie. »