D’où viennent les premiers sucres ? —
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Deux éminents chimistes de l’origine de la vie ont publié une nouvelle hypothèse sur la façon dont les premiers sucres – nécessaires à l’évolution de la vie – sont apparus sur la Terre primitive.
Dans un article paru le 13 avril 2023 dans la revue Chimieles chimistes de Scripps Research et du Georgia Institute of Technology proposent que les sucres clés nécessaires à la fabrication des premières formes de vie pourraient avoir émergé de réactions impliquant le glyoxylate (C2HO3–), un produit chimique relativement simple qui existait vraisemblablement sur Terre avant l’évolution de la vie.
“Nous montrons que notre nouvelle hypothèse présente des avantages clés par rapport à la vision plus traditionnelle selon laquelle les premiers sucres sont issus du formaldéhyde chimique”, déclare Ramanarayanan Krishnamurthy, PhD, professeur au département de chimie de Scripps Research.
Le co-auteur de Krishnamurthy était Charles Liotta, PhD, professeur émérite des régents à l’école de chimie et de biochimie du Georgia Institute of Technology.
Les chimistes de l’origine de la vie cherchent à expliquer comment les blocs de construction moléculaires de base et les réactions nécessaires à la vie auraient pu provenir des produits chimiques simples qui étaient probablement présents sur la Terre “prébiotique”. L’objectif principal du domaine est de répondre à la question fondamentale de savoir comment notre planète vivante a vu le jour. Mais ses découvertes peuvent également informer – et ont informé – de nombreux autres domaines, des sciences de l’atmosphère et de la géologie à la biologie synthétique et à la recherche de la vie sur d’autres planètes.
Les trois grandes classes de molécules biologiques dont la disponibilité doit être expliquée par la chimie de l’origine de la vie sont : les acides aminés qui composent les protéines, les nucléobases qui composent les « lettres » de l’ADN et de l’ARN, et les sucres (également appelés hydrates de carbone) que l’on trouve tout au long de la biologie, y compris dans la structure torsadée de l’ADN et de l’ARN. Selon les théories dominantes, les acides aminés proviendraient probablement de l’ammoniac (NH3), tandis que les nucléobases sont issues du cyanure d’hydrogène (HCN).
L’origine des sucres est moins claire. De nombreux scientifiques pensent que les premiers sucres sont issus de réactions impliquant du formaldéhyde (CH2O), mais cette théorie a quelques inconvénients.
“Les réactions au formaldéhyde proposées par cette théorie sont assez désordonnées – elles ont des réactions secondaires incontrôlées et d’autres inconvénients dus à la forte réactivité du formaldéhyde dans les conditions envisagées de la Terre primitive”, explique Liotta.
L’alternative proposée par les chimistes est un scénario de “réaction de glyoxylose” dans lequel le glyoxylate réagit d’abord avec lui-même, formant un cousin proche du formaldéhyde connu sous le nom de glycolaldéhyde. Les chercheurs suggèrent que le glyoxylate, le glycolaldéhyde, leurs sous-produits et d’autres composés simples auraient pu continuer à réagir les uns avec les autres, produisant finalement des sucres simples et d’autres produits, sans les inconvénients des réactions à base de formaldéhyde.
Le glyoxylate joue déjà un rôle de premier plan dans les théories de la chimie de l’origine de la vie. Le chimiste suisse Albert Eschenmoser a proposé en 2007 qu’une forme de celui-ci aurait pu être la source de plusieurs biomolécules originales. Le chimiste de l’Université Krishnamurthy et Furman, Greg Springsteen, PhD, a également suggéré dans un 2020 Chimie naturelle article selon lequel le glyoxylate aurait pu aider à initier une version primordiale du cycle moderne du TCA (acide tricarboxylique), un processus métabolique de base présent dans la plupart des formes de vie sur Terre.
Krishnamurthy et son équipe travaillent actuellement à démontrer en laboratoire que le scénario de la réaction du glyoxylose aurait bien pu donner les premiers sucres.
“Une telle démonstration élargirait le rôle du glyoxylate en tant que molécule polyvalente dans la chimie prébiotique et stimulerait davantage la recherche de sa propre origine sur la Terre prébiotique”, déclare Krishnamurthy.
Les chimistes étudient également les applications commerciales potentielles des réactions qui produisent du glyoxylate, car celles-ci consomment effectivement du CO2 et peut donc être utilisé pour réduire le CO2 niveaux, soit localement dans des environnements industriels, soit globalement pour lutter contre le réchauffement climatique.
