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Dans la danse moléculaire qui a donné naissance à la vie sur Terre, l’ARN semble être un acteur important. Mais l’origine de cette molécule, qui peut stocker des informations génétiques comme le fait l’ADN et accélérer les réactions chimiques comme le font les protéines, reste un mystère.

Quatre blocs constitutifs de l’ARN

Maintenant une équipe de chercheurs a démontré pour la première fois qu’un ensemble de matériaux de départ très simples, probablement présents au début de la Terre primitive, ont pu produire les quatre blocs de construction chimiques nécessaire à l’ARN.

Ces composants – la cytosine, l’uracile, l’adénine et la guanine – ont déjà été recréés au laboratoire à partir d’autres matériaux existants. En 2009, des chimistes dirigés par John Sutherland de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni ont mis au point un ensemble de cinq composés susceptibles d’être présents sur la Terre primitive pouvant donner naissance à la cytosine et à l’uracile, collectivement appelées pyrimidines.

Puis, il y a 2 ans, des chercheurs dirigés par Thomas Carell, chimiste à l’Université Ludwig Maximilian de Munich, en Allemagne, ont indiqué que son équipe avait trouvé un moyen tout aussi simple de former de l’adénine et de la guanine, des blocs de construction appelés purines. Mais les deux séries de réactions chimiques étaient différentes. Personne ne savait comment les conditions pouvaient créer les deux paires de blocs de construction, car ils auraient pu se produire au même endroit au même moment.

Maintenant, Carell explique qu’il peut avoir la réponse. Mardi, lors de l’atelier sur les origines de la vie, il a déclaré que ses collègues et lui avaient proposé un ensemble de réactions simples qui auraient pu donner naissance aux quatre bases de l’ARN.

Six blocs de construction moléculaires

L’histoire de Carell commence avec seulement six blocs de construction moléculaires: l’oxygène, l’azote, le méthane, l’ammoniac, l’eau et le cyanure d’hydrogène, qui auraient tous été présents sur la Terre primitive. D’autres groupes de recherche avaient montré que ces molécules pouvaient réagir pour former des composés plus complexes que ceux utilisés par Carell.

Pour fabriquer les pyrimidines, Carell a commencé avec des composés appelés cyanoacétylènes et hydroxylamine, qui réagissent pour former des composés appelés amino-isoxazoles. Ceux-ci, à leur tour, réagissent avec une autre molécule simple, l’urée, pour former des composés qui réagissent ensuite avec un sucre appelé ribose pour former un dernier ensemble de composés intermédiaires.

Enfin, en présence de composés soufrés appelés thiols et de traces de sels de fer ou de nickel, ces intermédiaires se transforment en pyrimidines cytosine et uracile. En prime, cette dernière réaction est déclenchée lorsque les métaux dans les sels hébergent des charges positives supplémentaires, ce qui se produit précisément lors de la dernière étape d’une cascade moléculaire similaire qui produit les purines, l’adénine et la guanine.

Une explication plausible

Mieux encore, l’étape qui mène aux quatre nucléotides fonctionne dans un « seul pot », explique Carell, offrant pour la première fois une explication plausible de la façon dont tous ces éléments constitutifs de l’ARN auraient pu apparaître côte à côte.

«Cela me semble très bien», déclare Steven Benner, un chimiste de la Foundation for Applied Molecular Evolution à Alachua, en Floride. Le processus fournit un moyen simple de produire les quatre bases dans des conditions compatibles avec celles que l’on croyait présentes sur la Terre primitive, explique-t-il.

Il reste quelques mystères

Ce processus ne résout pas tous les mystères de l’ARN. Par exemple, une autre étape chimique doit encore «activer» chacun des quatre éléments constitutifs de l’ARN pour les relier aux longues chaînes qui forment le matériel génétique et effectuent les réactions chimiques. Mais fabriquer de l’ARN dans des conditions telles que celles présentes sur la Terre primitive apparaît maintenant plus simple qu’auparavant.

Source : Science