480 B IOLOGIE CELLULAIRE
2.3.2. L EM ONDE DE L ’ARN
Depuis une trentaine d’années se renforce une
hypothèse selon laquelle l’ARN aurait, d’une part,
précédé l’ADN comme molécule mémoire quasi
universelle au cours de l’histoire du vivant (on
rappelle que seuls quelques Virus ont un génome
d’ARN), et d’autre part, aurait pu jouer un rôle
catalytique au même titre que les enzymes
actuelles. Les défenseurs de cette hypothèse considèrent même qu’un type de vie, exclusivement
basé sur l’ARN, a existé aux pemières époques de
la Terre ; il aurait progressivement été remplacé
par celui connu à l’heure actuelle, dans lequel les
protéines jouent un rôle majeur ; c’est le monde de
l’ARN.
Outre le fait que le ribose s’obtient plus facilement que le désoxyribose dans les conditions abiotiques, on remarque chez les cellules actuelles :
1) que les précurseurs de l’ADN sont tous formés
à partir des précurseurs de l’ARN et, 2) qu'il existe
une enzyme capable de fabriquer de l’ADN à partir
d’ARN : la transcriptase inverse (voir chapitre 14).
De plus, si l’ARN a les mêmes possibilités que
l’ADN pour former des hybrides et s’autoreproduire, il possède en outre la capacité à s’organiser
en structures tridimensionnelles complexes, dont
l’ARNt est l’exemple le plus anciennement connu
(voir chapitre 4). Il peut donc, à la différence de
l’ADN qui se présente sous la forme d’une
baguette rigide, et à l’image des protéines, réaliser
des surfaces spécifiques capables de reconnaître
des ligands ; grâce aux groupements des bases
nucléiques, il pourrait donc éventuellement catalyser des réactions chimiques.
Des expériences de chimie abiotique montrent
qu’un brin monotone d’ARN (poly C, par exemple)
mis en présence de nucléotides activés est capable
de servir de matrice pour la synthèse d’un brin
complémentaire (poly G). Cette donnée, qui suggère que l’ARN a pu fonctionner comme molécule
autoréplicative initiale, n’est pas complète car on
ne sait pas fabriquer de la sorte tous les polymères
possibles, en particulier le poly U et le poly C.
Dans ces conditions, la reproduction indéfinie des
brins complémentaires ne peut être assurée ; la
synthèse de longs brins non monotones et informatifs est a fortiori exclue, ce qui pose donc un problème grave !
En ce qui concerne les propriétés catalytiques
de l’ARN, il a été montré, en 1981, que cette espèce
moléculaire possédait certaines capacités enzymatiques attribuées jusque là seulement aux protéines. Sans entrer dans les détails, il faut savoir
que certains ARN (en particulier l’ARNr d’un
Protiste nommé Tetrahymena) peuvent in vitro, en
l’absence d’enzyme et d’énergie, s’auto-épisser,
c’est-à-dire se couper et rabouter les morceaux formés après élimination d’un long fragment interne
de la molécule (intron ; voir chapitre 4). Depuis
lors, de nouvelles familles d’ARN catalytiques ont
été découvertes chez les Virus, les Bactéries et
d’autres Eucaryotes ; ces molécules très particulières sont nommées ribozymes. De telles observations suggèrent que les ARN ont pu jouer un rôle
équivalent à celui des protéines au cours de l’histoire de la vie. Cette idée est renforcée par le fait
que de nombreux coenzymes modernes, libres ou
liés à des protéines (NAD
+
, FAD, Co A), sont des
nucléotides ; certains auteurs considèrent qu’ils
représentent les restes «fossiles» d’enzymes primitives et imaginent que les étapes du métabolisme
ont pu être catalysées par des ribozymes. Il faut
cependant souligner que le nombre de réactions
identifiées et celui de leurs cibles (en fait uniquement l’ARN) restent très limités à ce jour.
2.3.3. U NE TROISIÈME VOIE ?
Compte tenu des difficultés rencontrées dans la
synthèse abiotique de certains éléments des nucléotides modernes et dans la réplication des chaînes
polynucléotidiques, les chercheurs supposent que
des polymères réplicatifs plus simples ont précédé
les acides nucléiques actuels. Ces derniers semblent
trop «parfaits», et ils pourraient en fait résulter de
l’évolution de molécules ayant les mêmes propriétés qu’eux, mais construites à partir de monomères
plus abondants sur la Terre primitive. On peut
imaginer, par exemple, des molécules ayant un
squelette de glycérol-phosphate, plus facile à obtenir que le ribose-phosphate, et portant des bases
différentes de celles actuelles, ou en nombre plus
réduit. La seule chose vraiment importante, au
fond, est qu’il existe une complémentarité structurale entre les monomères de deux brins opposés.
Plusieurs familles de ces proto-acides nucléiques
se sont peut-être succédées au cours du temps,
s’éliminant les unes les autres, par sélection des
plus performantes ; il pourrait ainsi ne subsister
aucune trace de ces premiers mécanismes chez les
organismes modernes. Il est à craindre que l’on
veuille faire dire aux acides nucléiques modernes
plus de choses que ce qu’ils peuvent dire !
2.3.2. L EM ONDE DE L ’ARN
Depuis une trentaine d’années se renforce une
hypothèse selon laquelle l’ARN aurait, d’une part,
précédé l’ADN comme molécule mémoire quasi
universelle au cours de l’histoire du vivant (on
rappelle que seuls quelques Virus ont un génome
d’ARN), et d’autre part, aurait pu jouer un rôle
catalytique au même titre que les enzymes
actuelles. Les défenseurs de cette hypothèse considèrent même qu’un type de vie, exclusivement
basé sur l’ARN, a existé aux pemières époques de
la Terre ; il aurait progressivement été remplacé
par celui connu à l’heure actuelle, dans lequel les
protéines jouent un rôle majeur ; c’est le monde de
l’ARN.
Outre le fait que le ribose s’obtient plus facilement que le désoxyribose dans les conditions abiotiques, on remarque chez les cellules actuelles :
1) que les précurseurs de l’ADN sont tous formés
à partir des précurseurs de l’ARN et, 2) qu'il existe
une enzyme capable de fabriquer de l’ADN à partir
d’ARN : la transcriptase inverse (voir chapitre 14).
De plus, si l’ARN a les mêmes possibilités que
l’ADN pour former des hybrides et s’autoreproduire, il possède en outre la capacité à s’organiser
en structures tridimensionnelles complexes, dont
l’ARNt est l’exemple le plus anciennement connu
(voir chapitre 4). Il peut donc, à la différence de
l’ADN qui se présente sous la forme d’une
baguette rigide, et à l’image des protéines, réaliser
des surfaces spécifiques capables de reconnaître
des ligands ; grâce aux groupements des bases
nucléiques, il pourrait donc éventuellement catalyser des réactions chimiques.
Des expériences de chimie abiotique montrent
qu’un brin monotone d’ARN (poly C, par exemple)
mis en présence de nucléotides activés est capable
de servir de matrice pour la synthèse d’un brin
complémentaire (poly G). Cette donnée, qui suggère que l’ARN a pu fonctionner comme molécule
autoréplicative initiale, n’est pas complète car on
ne sait pas fabriquer de la sorte tous les polymères
possibles, en particulier le poly U et le poly C.
Dans ces conditions, la reproduction indéfinie des
brins complémentaires ne peut être assurée ; la
synthèse de longs brins non monotones et informatifs est a fortiori exclue, ce qui pose donc un problème grave !
En ce qui concerne les propriétés catalytiques
de l’ARN, il a été montré, en 1981, que cette espèce
moléculaire possédait certaines capacités enzymatiques attribuées jusque là seulement aux protéines. Sans entrer dans les détails, il faut savoir
que certains ARN (en particulier l’ARNr d’un
Protiste nommé Tetrahymena) peuvent in vitro, en
l’absence d’enzyme et d’énergie, s’auto-épisser,
c’est-à-dire se couper et rabouter les morceaux formés après élimination d’un long fragment interne
de la molécule (intron ; voir chapitre 4). Depuis
lors, de nouvelles familles d’ARN catalytiques ont
été découvertes chez les Virus, les Bactéries et
d’autres Eucaryotes ; ces molécules très particulières sont nommées ribozymes. De telles observations suggèrent que les ARN ont pu jouer un rôle
équivalent à celui des protéines au cours de l’histoire de la vie. Cette idée est renforcée par le fait
que de nombreux coenzymes modernes, libres ou
liés à des protéines (NAD
+
, FAD, Co A), sont des
nucléotides ; certains auteurs considèrent qu’ils
représentent les restes «fossiles» d’enzymes primitives et imaginent que les étapes du métabolisme
ont pu être catalysées par des ribozymes. Il faut
cependant souligner que le nombre de réactions
identifiées et celui de leurs cibles (en fait uniquement l’ARN) restent très limités à ce jour.
2.3.3. U NE TROISIÈME VOIE ?
Compte tenu des difficultés rencontrées dans la
synthèse abiotique de certains éléments des nucléotides modernes et dans la réplication des chaînes
polynucléotidiques, les chercheurs supposent que
des polymères réplicatifs plus simples ont précédé
les acides nucléiques actuels. Ces derniers semblent
trop «parfaits», et ils pourraient en fait résulter de
l’évolution de molécules ayant les mêmes propriétés qu’eux, mais construites à partir de monomères
plus abondants sur la Terre primitive. On peut
imaginer, par exemple, des molécules ayant un
squelette de glycérol-phosphate, plus facile à obtenir que le ribose-phosphate, et portant des bases
différentes de celles actuelles, ou en nombre plus
réduit. La seule chose vraiment importante, au
fond, est qu’il existe une complémentarité structurale entre les monomères de deux brins opposés.
Plusieurs familles de ces proto-acides nucléiques
se sont peut-être succédées au cours du temps,
s’éliminant les unes les autres, par sélection des
plus performantes ; il pourrait ainsi ne subsister
aucune trace de ces premiers mécanismes chez les
organismes modernes. Il est à craindre que l’on
veuille faire dire aux acides nucléiques modernes
plus de choses que ce qu’ils peuvent dire !