I - THEORIES SUR L·ORIGINE DU VIVANT

Sabrina

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• Publié par: SabrinaO
• Publié le: 19 novembre 2015
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Extrait

I-T HEORIES SUR L ’ ORIGINE DU VIVANT

1)L A SYNTHESE PREBIOTIQUE

L’ HYPOTHESE D ’O PARIN

Au début du XXème siècle, l’hypothèse d’une apparition de la vie sur Terre àpartir deprocessus chimiques spontanés n’étaitpas laplus en vue. A la fin du XIXème, desgens très sérieux comme Lord Kelvin ou Hermann von Helmoltz penchaientplutôtpour une autre théorie, celle de lapanspermie, selon laquelle la vie aurait été apportéepar des météorites.

Un des arguments contre l’hypothèse d’une apparition spontanée de la vie étaitque les molécules de bases du vivant, comme les protéines ou l’ADN, sonttrès facilementdégradées en présence d’oxygène. C’est un des paradoxes de notre métabolisme, et c’est d’ailleurspour celaque notre organisme a besoin d’antioxydants. Dès lors comment les premières molécules auraientelles pu apparaître et se développerdans une atmosphère terrestre pleine d’oxygène ?

Dans les années 1920,le biochimiste russe Alexander Oparinpropose une hypothèse audacieuse : ilyaquelques milliards d’années, l’atmosphère terrestre étaitpeut être différente, dénuée d’oxygène; et dans ces conditions les molécules de base du vivant auraientpu se former et s’assembler sans être dégradées. Celapeutparaître étrange d’imaginer la vie sur une Terre initialement dépourvue d’oxygène, mais on sait maintenantque c’estprécisément l’apparition de la vie, et enparticulier laphotosynthèse,qui a enrichi l’atmosphère terrestre en oxygène ilya environ 2 milliards d’années !

L’hypothèse d’Oparin permet donc d’imaginer des réactions chimiques ayant lieu au contact d’une atmosphère non oxydante, etpouvantproduire de manière stable lespremières molécules indispensables à la vie. Il fallutpourtant attendre 30 ans avant de voir cette hypothèse testée, grâce aux expériences de Miller et Urey.

L’ EXPERIENCE DE M ILLER

En 1952 Stanleyalors étudiant de Harold Ure Miller, y, a réalisé une expérience fascinante prouvant la crédibilité de l’hypothèse d’Oparin. L’idée semble toute simple :recréer en laboratoire les conditions régnant sur Terre à l’époque de l’apparition de la vie!

Pour cela, Miller utilisa 3 ingrédients :un mélange degazcensés représenter l’atmosphère terrestreprimitive(hydrogène, méthane et ammoniac, et bien sûrpas d’oxygène !);une fiole remplie d’eau chauffée,pour simuler l’océan;des décharges électriques, sous forme d’étincelles pouvant représenter l’impact d’éclairs.

Le schéma de l’expérience est représenté cicontre. En réalisant une circulation de l’atmosphère et en la soumettant à des éclairs, Miller a d’abord constaté des changements de couleur : le liquide collecté est devenu rose. Puis au bout d’une semaine d’expérience, il a analysé le contenu de la soupe ainsi formée.

Stanley Miller apu mettre en évidence dans sa fiole laprésence de11 types différents d’acides aminés. Avec du gaz, de l’eau et des éclairs, Milleravait reconstitué les premières briques élémentaires de la vie sur Terre !

L ES ACIDES AMINES FORMES

Dans notre organisme, laplupart des fonctions sont assuréespar desprotéines. Cellesci sont toutes assemblées àpartir des mêmes briques :les acides aminés. Le terme «acide aminé» désigne en fait un ensembleparticulier de molécules organiques qui sont toutes conçues sur le même modèle. Le schéma cicontre en

montre la formule générique : un groupe COOH (l’acide, à droite), un groupe NH2 (l’amine, à gauche), et au milieuun radical Roù R peut désginer à peu près ce que l’on veut à base de C, N, H ou de S.,

Par exemple, le radical R le plus simple est un unique atome d’hydrogène : on obtient alors l’acide aminéglycine. Si R vaut CH3, vous obtenez l’alanine. Et on peut utiliser des R bien plus compliqués. En théorie, il existe une grande quantité d’acides aminés possibles (autant que de manière de choisir R). En pratique, la vie telle que nous la connaissons utilise seulement20 acides aminés.

Initialement, StanleyMiller n’en avait trouvé que 11 différents dans sa soupe. Mais depuis, on a analysé les résultats de son expérience avec des méthodes plus fines, et l’on s’est rendu compte qu’il en avait en fait créé environ 25, dont certains types ne sont pas utilisés par les organismes vivants de la Terre !

Un autre point intéressant concerne lachiralité des molécules. En raison de sa forme, une molécule d’acide aminé peut en principe exister sous deux formes distinctes : la forme « gauche » et la forme « droite ». Ces deux versions de la même molécule sont l’image l’une de l’autre dans un miroir (voir cicontrepour les deux variantes de l’alanine).

Dans son expérience, Miller avait produit autant de molécules « gauches » que « droites ». Et pourtantdans la vie telle que nous la connaissons, on ne trouve que des acides aminés « gauches ». Un mystère qui n’est pas à ce jour résolu !

L’ EXPERIENCE DE J OAN O RO

En 1960 Joan Oro, dans les mêmes conditions, àpartir de la condensation d’acide cyanidrique(HCN) soumis au bombardement de certainsphotons, a obtenu l’adénine qui est une des briques élémentaires des acides nucléiques ADN et ARN

L A METEORITE DE M ARCHISON

Tombée en Australie en 1969,la météorite Murchisontrèsprimitive est l’une des chondrites carbonées lesplus étudiée. Très vite, de nombreuses molécules organiques constituant les bases desprotéines, de l’ADN et de l’ARN ont été découvertes sous formes de traces.Il a été montréque Murchison contient notamment despurines, despyrimidines etplus de 70 acides aminés, dont certains n’existentpas dans le monde vivant sur Terre. Cette météorite a transformé nos connaissances au sujet du matériel organique dans l’univers. Murchisonprouveque ces moléculespeuvent se former dans l’espace par des processus purement chimiques.

Plus de 14 000 molécules organiques différentesont été détectées impliquant les 6 éléments principaux associés à la Vie, C, H, O, N, S (et P).

La météorite de Murchison abriterait des millions de molécules organiques différentes. Ces résultats suggèrent que la diversité et la complexité des espèces chimiques extraterrestres, lors de la formation du Système Solaire, était bien plus élevée que sur Terre !

2)L A CHIMIO AUTOTROPHIE

En 1988  G Wachtershauserprécédépar JD Bernal et AG CairnsSmith,propose l’hypothèsequi s’appuie sur le rôle des surfaces minérales(argiles et sulfure de fer)dans l’origine de la vie en participant à la création des molécules chimiques clés. L’idée estque lespremiers organismes étaient chimioautotrophes. Ce scénarios’appuie sur l’existence des cônes volcaniquesprésents au fond des océans et tapissés depyrites(sulfure de fer)qui aurait réagi avec de l’hydrogène sulfureux.

I–L A CELLULE

1)L A DECOUVERTE DE RIBOZYME (article écrit par Sortie Robertson, BSC)

Les Ribozymes sont les Molécules d'ARN catalytiques concernées dans la synthèse des protéines. La Plupart Des catalyseurs biologiques sont des enzymes et jusqu'il y a à environ quatre décennies, les experts ont cru que seulement les enzymes pourraient servir de catalyseurs en cellules.

En 1967, Karl Woese, Torticolis de Francis, et Leslie Orgel proposé que l'ARN pourrait en fait remplir des fonctionnements catalytiques. Ils basés leur suggestion sur la constatation que l'ARN pourrait former les structures secondaires. Pendant les années 1980, les organismes de recherche de Thomas Cech et Sidney Altman ont prouvé que quelques catalyseurs sont en effet faits d'ARN.

Thomas Cech et Sidney Altman ont continué pour gagner le Prix Nobel en chimie en 1989 pour déterminer les propriétés catalytiques de l'ARN et en 1982, Kelly Kruger et collègues ont introduit la ribozyme de condition dans un document publié dans laCellule detourillon.

Cech a expliqué qu'un intron dans l'ARNr des protozoaires qui ont dû être enlevés avant que l'ARNr pourrait fonctionner, pourraient s'exciser des ARN PRÉCURSEURS et effectuer une réaction autocatalytique pour refuser les deux extrémités. Altman a expliqué que l'ARN d'une ribonucléase appelée complexe P d'ARN fend un précurseur d'ARNt, qui provoque l'ARNt mature.

Beaucoup de scientifiques croient maintenant qu'à un moment de l'évolution, les formes précoces de la durée de vie se sont fondées sur l'ARN pour catalyser des réactions chimiques et stocker l'information génétique. Cette période désigné parfois sous le nom du « Monde d'ARN. » Selon l'hypothèse du Monde d'ARN, les formes de durée de vie plus tard ont évolué pour se fonder sur des protéines et l'ADN parce qu'en comparaison, l'ARN était m oins stable et a eu de plus faibles capacités catalytiques.

La preuve la plus intense de supporter l'hypothèse du Monde d'ARN est que le ribosome, qui est responsable d'établir des protéines, est en fait une ribozyme. L'Analyse a prouvé que bien que le ribosome se compose de protéine, un mécanisme principal dans la traduction n'est catalysé par l'ARN et pas une protéine. Ceci supporte la théorie que des formes de durée de vie plus précoces se seraient fondées sur l'ARN pour des réactions chimiques et la mém oire d'information génétique.

En plus de fournir une meilleure compréhension d'évolution, la découverte que l'ARN peut agir en tant qu'un biocatalyseur est susceptible de fournir un outil utile en technologie de gène, offrant le potentiel de concevoir des mécanismes de défense contre des infections dangereuses. Des ribozymes Particulièrement conçues pourraient potentiellement être employées pour tondre des gènes et pour détruire les Molécules d'ARN qui provoquent des effets néfastes dans certains organismes. En coupant et en détruisant l'ARN de virus, par exemple, un organisme a pu gagner la protection contre des viraux infections. La tonte de Gène pourrait également être employée pour corriger le rhume humain ou pour produire les centrales qui sont résistantes aux virus. Une application plus provocante serait l'utilisation des cisaillements de gène de rectifier des affections génétiques. Ceci exigerait probablement la synthèse des enzymes neuves d'ARN et une compréhension améliorée des mécanismes étant à la base de la capacité catalytique de l'ARN.

Sources

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

http://www.pharmacophorejournal.com/MayJune2012article2.pdf chemistry.osu.edu/.../Lilley_TIBS03.pdf http://scottlab.ucsc.edu/scottlab/reprints/1996_scott_tibs.pdf http://www.scs.illinois.edu/silverman/docs/SilvermanPub52.pdf www.annualreviews.org/.../annurev.biophys.30.1.457 http://www.britannica.com/EBchecked/topic/1255543/ribozyme www.britannica.com/.../Ribozymes www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1989/press.html

2)E XISTENCE D ’ UN CONTINUUM ENTRE ARN, VIROIDES , VIRUS ET LIGNEE CELLULAIRE On a découvert que le paraditisme, apanage des virus, est également une propriété partagée par certaines bactéries. Les bactéries ayant toutes les caractéristiques du vivant. Par conséquent, on pourrait en déduire que les virus sont également vivaŶts et douĠs d’uŶe aĐtivitĠ ŵĠtaďoliƋue. Les viƌoïdes soŶt des ARN saŶs Đapside ĐoŶtƌaiƌeŵeŶt au viƌus. CeƌtaiŶs pƌoposeŶt Ƌu’ils soieŶt des vestiges d’uŶe évolution pré-cellulaires. Paƌ ailleuƌs, oŶ Ŷe ĐoŶŶaît, aujouƌd’hui, Ƌu’1% des espğĐes Đellulaiƌes qui existent, qui représentent lui-même 1/1000 des espèces ayant existé sur la Terre depuis ses origines.

C ONCLUSION Tout procède selon un gradualisme du protovivant au vivant.

La biodiversité existe à toutes les échelles.

La biodiversité tire sesoƌigiŶes de l’oƌigiŶe ŵġŵe de la vie.