Découverte d’un vestige moléculaire, un nouveau pas sur le chemin des origines de la vie

Est-ce que la complexité préexistante du monde minéral est à l’origine d’une partie de la complexité du vivant ? Une partie des travaux sur les origines de la vie se concentre sur les premières traces de vie bactérienne, avec comme objectif la découverte du plus vieil ancêtre commun (LUCA). Mais comment LUCA lui-même s’est-il formé ? Cette réflexion doit se faire à l’échelle de la molécule, dans un contexte de chimie prébiotique. C’est ainsi que l’association des trois laboratoires (LRS, LAMS, ISYEB) lors de la thèse de M. Akouche a permis de former les molécules précurseurs du vivant dans un système reproduisant l’environnement géochimique de la Terre primitive – spécifiquement des molécules précurseurs de l’ARN, sans doute le premier des biopolymères à avoir émergé. Ce résultat est publié dans la revue Angewandte Chemie.

Formation d’adénosine monophosphate et de phosphoribosyl-pyrophosphate

Synthétiser abiotiquement l’ARN à partir de ses constituants moléculaires – le sucre (ribose), la base azotée (adénine) et le phosphate – est un enjeu majeur. A l’heure actuelle, il n’existe pas de proposition simple pour expliquer la synthèse de l’ARN, principalement pour des raisons énergétiques mais aussi en raison de la faible stabilité du sucre dans l’eau. Pour contourner ces deux écueils, nous avons synthétisé de l’AMP, un des nucléotides constituant les briques élémentaires de l’ARN, sur un minéral silicique répandu sur la Terre primitive. Ce dernier permet de concentrer les molécules en question à sa surface via des liaisons hydrogènes, et d’accélérer les réactions de condensation. La quantité d’eau présente sur la surface minérale peut être diminuée par des fluctuations climatiques, ce qui, pour des raisons énergétiques, favorise la formation de l’AMP. Cette réaction est parfaitement réaliste car elle a lieu en seulement deux étapes mais surtout dans un milieu de synthèse unique. Mais plus encore, nos outils analytiques telle que la RMN du solide et la spectrométrie de masse, nous ont permis de mettre en évidence un intermédiaire réactionnel crucial de cette synthèse. Des analyses effectuées directement sur le minéral, en RMN du phosphore ³¹P, ont en effet montré la formation d’un sucre activé, le phosphoribosyl-pyrophosphate (PRPP). Ce composé riche en énergie libre est l’intermédiaire clé dans la synthèse des nucléotides car il facilite la condensation de la base azotée avec le sucre. Si la formation de cet intermédiaire est intéressante, c’est aussi parce que cette molécule est toujours un intermédiaire vital dans le métabolisme contemporain.

Nos travaux ont ainsi mis en évidence le premier lien moléculaire entre le vivant et non vivant, faisant de cette molécule une relique d’un monde prébiotique.

Référence :

• Akouche, M., Jaber, M., Maurel, M.-C., Lambert, J.-F. and Georgelin, T. (2017), Phosphoribosyl Pyrophosphate: A Molecular Vestige of the Origin of Life on Minerals. Angew. Chem. Int. Ed.. doi:10.1002/anie.201702633

Contact chercheurs

• Thomas Georgelin, Laboratoire de réactivité de surface, UPMC – Paris, thomas.georgelin@upmc.fr ; 0144275291
• Maguy Jaber, Laboratoire d’Archéologie Moléculaire et Structurale, UPMC – Paris, maguy.jaber@upmc.fr ; 0144276289