476 B IOLOGIE CELLULAIRE
2.1. Origine des biomolécules primordiales
2.1.1. O RIGINE TERRESTRE
La première question qui se pose concernant
l’apparition de la vie sur la Terre est celle du
contexte, c’est-à-dire de la nature de son atmosphère primitive. L’étude des autres planètes et
diverses considérations géochimiques conduisent
actuellement à penser que celle-ci devait être riche
en H 2 , N 2 , CO, CO 2 et H 2 O. Le premier de ces gaz,
très léger, s’est progressivement échappé du champ
de gravitation terrestre, ne laissant plus que des
gaz neutres ou oxydés. Si la nature exacte de cette
atmosphère reste inconnue, il est certain qu’elle ne
contenait pas d’O 2 , car il n’existe pas de mécanisme susceptible de faire apparaître ce gaz sur la
Terre primitive ; de plus, les sédiments les plus
anciens (– 3,8 à –2milliards d’années) contiennent
du fer sous la forme fer ferreux, qui n’a pu se
déposer que dans une atmosphère réductrice ou
neutre. Il faut enfin signaler que l’on a longtemps
imaginé que cette atmosphère était riche en gaz
tels que NH 3 ou CH 4 , et donc hautement réductrice ; ce point sera discuté lors de l’étude expérimentale de l’origine des molécules prébiotiques.
Les gaz présents sur la Terre primitive sont relativement inertes et ne peuvent être à l’origine de
molécules organiques que lorsqu’ils sont excités
par d’intenses sources d’énergie permettant leur
interaction chimique. Parmi celles disponibles alors
sur la Terre, les plus efficaces étaient représentées
par les radiations lumineuses (en particulier les
UV qui n’étaient pas arrêtés par une atmosphère
alors dépourvue d’ozone), et par les décharges
électriques issues des orages, supposés nombreux
à cette époque. À la suite des travaux et de la
réflexion des pionniers des études sur l’origine de
la vie (A. O PARIN et J.B. H ALDANE, dans les années 20
et 30), les biochimistes étaient convaincus que l’on
pouvait fabriquer les molécules élémentaires de la
vie dans des conditions abiotiques. Il revient à
S. M ILLER d’avoir conduit, en 1953, la première expérience démontrant qu’il était possible de faire apparaître une grande diversité de molécules organiques
à partir d’un mélange gazeux et d’une source
d’énergie censés exister sur la Terre primitive.
L’encart suivant décrit cette expérience fameuse.
De nombreuses expériences de ce genre, dans
lesquelles on fait varier la nature des mélanges
gazeux et des sources d’énergie, sont encore
conduites ; elles démontrent que l’on peut synthétiser, selon les conditions expérimentales, la plupart des biomolécules élémentaires connues.
Cependant, des problèmes chimiques graves subsistent :
1) les réactions décrites sont souvent incompatibles
les unes avec les autres ;
2) quelques acides aminés (Arg., Lys., His.) n’ont
jamais pu être obtenus ;
3) certains composés (parmi les sucres) ne sont
stables que s’ils sont liés à d’autres molécules.
L’expérience de S. M ILLER sur l’origine
abiotique des biomolécules
Après avoir enfermé dans une enceinte close
(dont le montage est donné dans la figure 16.1)
un mélange gazeux composé de CH 4 , NH 3 , H 2
et H 2 O, censé représenter l’atmosphère terrestre
primitive, cet auteur soumet ce mélange à des
décharges électriques continues pendant plusieurs jours. Des échantillons prélevés dans la
phase aqueuse du montage montrent alors que
15 % du carbone initial sont passés sous forme
organique dissoute et que les molécules obtenues sont constituées d’acides organiques et
d’acides α aminés. Parmi ceux-ci, on identifie
de nombreux composés typiques des cellules
actuelles : glycine, alanine, valine, acide aspartique, leucine, acide acétique, acide lactique,
acide succinique, formaldéhyde, etc. Ce résultat
est surprenant car on obtient, avec un rendement important, un nombre limité de composés
qui sont pour la plupart de type biologique.
Parmi les composés non biologiques abondants,
on note la présence d’une grande quantité
d’acide cyanhydrique (HCN) et de molécules
voisines qui sont à la base, avec le formaldéhyde (HCHO), de chaînes de réactions formant
des acides aminés simples, des sucres et des
bases puriques (adénine). La chimie de cette
famille de composés formés de H, C et N, riches
en triples liaisons et très réactifs, est maintenant
bien connue. Malgré son intérêt historique indéniable, la portée de cette expérience est actuellement remise en question car il est acquis que
l’atmosphère primitive était beaucoup moins
riche en gaz réducteurs (CH 4 et NH 3 ) que le
mélange utilisé par Miller. Or, dans des conditions moyennement ou peu réductrices, les biomolécules qui apparaissent sont beaucoup
moins abondantes et moins diversifiées.
E NCARTH ISTORIQUE
2.1. Origine des biomolécules primordiales
2.1.1. O RIGINE TERRESTRE
La première question qui se pose concernant
l’apparition de la vie sur la Terre est celle du
contexte, c’est-à-dire de la nature de son atmosphère primitive. L’étude des autres planètes et
diverses considérations géochimiques conduisent
actuellement à penser que celle-ci devait être riche
en H 2 , N 2 , CO, CO 2 et H 2 O. Le premier de ces gaz,
très léger, s’est progressivement échappé du champ
de gravitation terrestre, ne laissant plus que des
gaz neutres ou oxydés. Si la nature exacte de cette
atmosphère reste inconnue, il est certain qu’elle ne
contenait pas d’O 2 , car il n’existe pas de mécanisme susceptible de faire apparaître ce gaz sur la
Terre primitive ; de plus, les sédiments les plus
anciens (– 3,8 à –2milliards d’années) contiennent
du fer sous la forme fer ferreux, qui n’a pu se
déposer que dans une atmosphère réductrice ou
neutre. Il faut enfin signaler que l’on a longtemps
imaginé que cette atmosphère était riche en gaz
tels que NH 3 ou CH 4 , et donc hautement réductrice ; ce point sera discuté lors de l’étude expérimentale de l’origine des molécules prébiotiques.
Les gaz présents sur la Terre primitive sont relativement inertes et ne peuvent être à l’origine de
molécules organiques que lorsqu’ils sont excités
par d’intenses sources d’énergie permettant leur
interaction chimique. Parmi celles disponibles alors
sur la Terre, les plus efficaces étaient représentées
par les radiations lumineuses (en particulier les
UV qui n’étaient pas arrêtés par une atmosphère
alors dépourvue d’ozone), et par les décharges
électriques issues des orages, supposés nombreux
à cette époque. À la suite des travaux et de la
réflexion des pionniers des études sur l’origine de
la vie (A. O PARIN et J.B. H ALDANE, dans les années 20
et 30), les biochimistes étaient convaincus que l’on
pouvait fabriquer les molécules élémentaires de la
vie dans des conditions abiotiques. Il revient à
S. M ILLER d’avoir conduit, en 1953, la première expérience démontrant qu’il était possible de faire apparaître une grande diversité de molécules organiques
à partir d’un mélange gazeux et d’une source
d’énergie censés exister sur la Terre primitive.
L’encart suivant décrit cette expérience fameuse.
De nombreuses expériences de ce genre, dans
lesquelles on fait varier la nature des mélanges
gazeux et des sources d’énergie, sont encore
conduites ; elles démontrent que l’on peut synthétiser, selon les conditions expérimentales, la plupart des biomolécules élémentaires connues.
Cependant, des problèmes chimiques graves subsistent :
1) les réactions décrites sont souvent incompatibles
les unes avec les autres ;
2) quelques acides aminés (Arg., Lys., His.) n’ont
jamais pu être obtenus ;
3) certains composés (parmi les sucres) ne sont
stables que s’ils sont liés à d’autres molécules.
L’expérience de S. M ILLER sur l’origine
abiotique des biomolécules
Après avoir enfermé dans une enceinte close
(dont le montage est donné dans la figure 16.1)
un mélange gazeux composé de CH 4 , NH 3 , H 2
et H 2 O, censé représenter l’atmosphère terrestre
primitive, cet auteur soumet ce mélange à des
décharges électriques continues pendant plusieurs jours. Des échantillons prélevés dans la
phase aqueuse du montage montrent alors que
15 % du carbone initial sont passés sous forme
organique dissoute et que les molécules obtenues sont constituées d’acides organiques et
d’acides α aminés. Parmi ceux-ci, on identifie
de nombreux composés typiques des cellules
actuelles : glycine, alanine, valine, acide aspartique, leucine, acide acétique, acide lactique,
acide succinique, formaldéhyde, etc. Ce résultat
est surprenant car on obtient, avec un rendement important, un nombre limité de composés
qui sont pour la plupart de type biologique.
Parmi les composés non biologiques abondants,
on note la présence d’une grande quantité
d’acide cyanhydrique (HCN) et de molécules
voisines qui sont à la base, avec le formaldéhyde (HCHO), de chaînes de réactions formant
des acides aminés simples, des sucres et des
bases puriques (adénine). La chimie de cette
famille de composés formés de H, C et N, riches
en triples liaisons et très réactifs, est maintenant
bien connue. Malgré son intérêt historique indéniable, la portée de cette expérience est actuellement remise en question car il est acquis que
l’atmosphère primitive était beaucoup moins
riche en gaz réducteurs (CH 4 et NH 3 ) que le
mélange utilisé par Miller. Or, dans des conditions moyennement ou peu réductrices, les biomolécules qui apparaissent sont beaucoup
moins abondantes et moins diversifiées.
E NCARTH ISTORIQUE