478 B IOLOGIE CELLULAIRE
2.2. Origine des polymères biologiques
primordiaux
L’étape importante suivante dans la chimie prébiotique est la formation, à partir des biomolécules
élémentaires, des polymères biologiques, en particulier les protéines et les acides nucléiques. En
effet, aucune des fonctions fondamentales caractéristiques des macromolécules actuelles : catalytiques, structurales et informatives, n’est présente
dans les monomères seuls. La réaction de base utilisée chez les êtres vivants est une condensation
(déshydratation) qui, paradoxalement, se réalise
en phase aqueuse, condition favorisant normalement la réaction inverse. La polymérisation abiotique des macromolécules implique donc que la
concentration des monomères a dû être localement
très élevée ; l’évaporation (grâce à la chaleur du
soleil), ou bien la congélation (qui isole l’eau sous
forme de glace), sont deux moyens simples pour
concentrer des solutions organiques. Les théories
les plus récentes privilégient l’idée selon laquelle
l’adsorption de composés organiques chargés à la
surface de substances minérales a pu jouer un rôle
crucial dans l’extraction et la concentration de
quantités importantes de matière organique
soluble. Les meilleurs candidats minéraux pour
cette fonction catalytique sont constitués par les
argiles (montmorillonnite), l’apatite (phosphate de
calcium) ou la pyrite (sulfure de fer).
2.2.1. S YNTHÈSE DES POLYPEPTIDES
La polymérisation abiotique des acides aminés
a été obtenue par diverses voies. La méthode la
plus simple consiste à chauffer des mélanges secs
d’acides aminés à 150-200 °C ; on obtient des protéinoïdes, qui ont des propriétés physicochimiques
voisines de celles des protéines, et sont dotés
d’activités catalytiques simples, essentiellement
hydrolytiques. Si l’on utilise comme précurseurs
des acides aminés adénylés (associés à de l’AMP),
la polymérisation spontanée est très efficace à une
température peu élevée, et des chaînes de 50 résidus sont aisément obtenues. Enfin, plusieurs composés instables et très réactifs, dérivés de HCN et
trouvés parmi les molécules primordiales, s’avèrent être des agents de condensation capables de
réaliser des liaisons peptidiques en phase aqueuse.
Il faut ici soulever la question relative à la chiralité (asymétrie stéréochimique) des acides aminés
constituant les protéines ; on rappelle en effet que
ces dernières sont actuellement formées d’acides
aminés appartenant tous à la série L. Or, les synthèses non biologiques conduisent toujours à des
mélanges équimolaires des formes L et D;comment le choix de l’une d’elles s’est-il fait, sous
quelles contraintes ? On sait seulement que des
structures secondaires stables (hélice α et feuillet β )
ne sont obtenues que si les segments de polypeptides sont homogènes sur une longueur supérieure
à 6 acides aminés.
2.2.2. S YNTHÈSE DES POLYNUCLÉOTIDES
De la même façon, plusieurs méthodes permettent d’obtenir des ribonucléotides à partir de bases
azotées, à condition de disposer de ribose, et en
présence d’agents de condensation appropriés. La
fabrication abiotique des bases puriques et pyrimydiques est aisée. L’adénine, par exemple, est
synthétisée simplement par l’action de HCN sur
NH 3 dans l’eau ; on peut d’ailleurs la considérer
comme un polymère formé de cinq molécules de
HCN. La polymérisation des chaînes nucléotidiques à partir de ces précurseurs est également
possible, à 60 °C, en présence de polyphosphates
et de certains cations minéraux ; lorsque les
nucléotides sont activés par un dérivé de HCN,
cette réaction est encore plus aisée.
2.2.3. S YNTHÈSE DES ACIDES GRAS
La genèse des membranes biologiquesa ctuelles
implique des lipides de formule adéquate (voir
chapitre 5). Les expériences de simulation montrent qu’il est très difficile d’obtenir des chaînes
linéaires d’acides gras assez longues (> 12 C) pour
former des bicouches stables. Les conditions efficaces conduisent à des chaînes branchées, ou bien
sont irréalistes du point de vue des conditions physicochimiques exigées. On peut imaginer cependant construire des membranes, sur le principe de
la bicouche, avec d’autres molécules que celles
existant actuellement.
2.2.4. L IMITES DE LA DÉMARCHE CONSTRUCTIVISTE
Toutes ces expériences indiquent que les conditions physicochimiques censées régner sur la Terre
primitive sont compatibles avec une synthèse
abiotique de biopolymères représentant assez fidè-
2.2. Origine des polymères biologiques
primordiaux
L’étape importante suivante dans la chimie prébiotique est la formation, à partir des biomolécules
élémentaires, des polymères biologiques, en particulier les protéines et les acides nucléiques. En
effet, aucune des fonctions fondamentales caractéristiques des macromolécules actuelles : catalytiques, structurales et informatives, n’est présente
dans les monomères seuls. La réaction de base utilisée chez les êtres vivants est une condensation
(déshydratation) qui, paradoxalement, se réalise
en phase aqueuse, condition favorisant normalement la réaction inverse. La polymérisation abiotique des macromolécules implique donc que la
concentration des monomères a dû être localement
très élevée ; l’évaporation (grâce à la chaleur du
soleil), ou bien la congélation (qui isole l’eau sous
forme de glace), sont deux moyens simples pour
concentrer des solutions organiques. Les théories
les plus récentes privilégient l’idée selon laquelle
l’adsorption de composés organiques chargés à la
surface de substances minérales a pu jouer un rôle
crucial dans l’extraction et la concentration de
quantités importantes de matière organique
soluble. Les meilleurs candidats minéraux pour
cette fonction catalytique sont constitués par les
argiles (montmorillonnite), l’apatite (phosphate de
calcium) ou la pyrite (sulfure de fer).
2.2.1. S YNTHÈSE DES POLYPEPTIDES
La polymérisation abiotique des acides aminés
a été obtenue par diverses voies. La méthode la
plus simple consiste à chauffer des mélanges secs
d’acides aminés à 150-200 °C ; on obtient des protéinoïdes, qui ont des propriétés physicochimiques
voisines de celles des protéines, et sont dotés
d’activités catalytiques simples, essentiellement
hydrolytiques. Si l’on utilise comme précurseurs
des acides aminés adénylés (associés à de l’AMP),
la polymérisation spontanée est très efficace à une
température peu élevée, et des chaînes de 50 résidus sont aisément obtenues. Enfin, plusieurs composés instables et très réactifs, dérivés de HCN et
trouvés parmi les molécules primordiales, s’avèrent être des agents de condensation capables de
réaliser des liaisons peptidiques en phase aqueuse.
Il faut ici soulever la question relative à la chiralité (asymétrie stéréochimique) des acides aminés
constituant les protéines ; on rappelle en effet que
ces dernières sont actuellement formées d’acides
aminés appartenant tous à la série L. Or, les synthèses non biologiques conduisent toujours à des
mélanges équimolaires des formes L et D;comment le choix de l’une d’elles s’est-il fait, sous
quelles contraintes ? On sait seulement que des
structures secondaires stables (hélice α et feuillet β )
ne sont obtenues que si les segments de polypeptides sont homogènes sur une longueur supérieure
à 6 acides aminés.
2.2.2. S YNTHÈSE DES POLYNUCLÉOTIDES
De la même façon, plusieurs méthodes permettent d’obtenir des ribonucléotides à partir de bases
azotées, à condition de disposer de ribose, et en
présence d’agents de condensation appropriés. La
fabrication abiotique des bases puriques et pyrimydiques est aisée. L’adénine, par exemple, est
synthétisée simplement par l’action de HCN sur
NH 3 dans l’eau ; on peut d’ailleurs la considérer
comme un polymère formé de cinq molécules de
HCN. La polymérisation des chaînes nucléotidiques à partir de ces précurseurs est également
possible, à 60 °C, en présence de polyphosphates
et de certains cations minéraux ; lorsque les
nucléotides sont activés par un dérivé de HCN,
cette réaction est encore plus aisée.
2.2.3. S YNTHÈSE DES ACIDES GRAS
La genèse des membranes biologiquesa ctuelles
implique des lipides de formule adéquate (voir
chapitre 5). Les expériences de simulation montrent qu’il est très difficile d’obtenir des chaînes
linéaires d’acides gras assez longues (> 12 C) pour
former des bicouches stables. Les conditions efficaces conduisent à des chaînes branchées, ou bien
sont irréalistes du point de vue des conditions physicochimiques exigées. On peut imaginer cependant construire des membranes, sur le principe de
la bicouche, avec d’autres molécules que celles
existant actuellement.
2.2.4. L IMITES DE LA DÉMARCHE CONSTRUCTIVISTE
Toutes ces expériences indiquent que les conditions physicochimiques censées régner sur la Terre
primitive sont compatibles avec une synthèse
abiotique de biopolymères représentant assez fidè-