Une nouvelle hypothèse affirme que les premiers sucres sont apparus à partir du glyoxylate (molécule centrale). Selon cette hypothèse, le glyoxylate réagit d’abord avec lui-même, puis avec les sous-produits de ces réactions, pour finalement former des sucres simples et d’autres produits (représentés par les molécules environnantes). Crédit : Scripps Research et Unsplash
Des chimistes du Scripps Research et du Georgia Institute of Technology, qui étudient l’origine de la vie, suggèrent que le glyoxylate pourrait avoir été la source originelle de sucre sur la Terre prébiotique.
Dans une étude récemment publiée dans la revue Chem, des chimistes spécialistes de l’origine de la vie du Scripps Research et du Georgia Institute of Technology ont avancé une nouvelle théorie sur l’origine des premiers sucres, essentiels à l’évolution de la vie, sur la Terre primitive.
Ils ont postulé que les sucres essentiels nécessaires à la création des formes de vie primordiales pourraient être le résultat de réactions avec le glyoxylate (C2HO3-), un produit chimique assez basique qui existait vraisemblablement sur Terre avant l’apparition de la vie.
« Nous montrons que notre nouvelle hypothèse présente des avantages décisifs par rapport à l’idée plus traditionnelle selon laquelle les premiers sucres sont apparus à partir du formaldéhyde », explique Ramanarayanan Krishnamurthy, professeur au département de chimie de Scripps Research.
Le co-auteur de Krishnamurthy est Charles Liotta, Ph.D., professeur émérite à l’école de chimie et de biochimie de l’Institut de technologie de Géorgie.
Les chimistes spécialistes de l’origine de la vie cherchent à expliquer comment les éléments moléculaires de base et les réactions nécessaires à la vie ont pu apparaître à partir des produits chimiques simples qui étaient probablement présents sur la Terre « prébiotique ». L’objectif principal de ce domaine est de répondre à la question fondamentale de savoir comment notre planète vivante est apparue. Mais ses découvertes peuvent également éclairer – et ont déjà éclairé – de nombreux autres domaines, de la science de l’atmosphère et de la géologie à la biologie synthétique et à la recherche de la vie sur d’autres planètes.
Les trois principales 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 constituent les « lettres » de l’ADN et de l’ARN, et les sucres (également appelés hydrates de carbone) que l’on trouve dans toute la biologie, y compris dans la structure torsadée du squelette de l’ADN et de l’ARN. Selon les théories dominantes, les acides aminés sont probablement nés de l’ammoniac (NH3), tandis que les nucléobases sont nées 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 le formaldéhyde (CH2O), mais cette théorie présente quelques inconvénients.
« Les réactions au formaldéhyde proposées par cette théorie sont assez désordonnées – elles présentent des réactions secondaires incontrôlées et d’autres inconvénients dus à la grande réactivité du formaldéhyde dans les conditions envisagées pour les débuts de la Terre », 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 proche cousin 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 basées sur le formaldéhyde.
Le glyoxylate joue déjà un rôle important 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 glyoxylate ait pu être la source de plusieurs biomolécules originales. Krishnamurthy et Greg Springsteen, chimiste à l’université Furman, ont également suggéré dans un article publié en 2020 dans Nature Chemistry que le glyoxylate aurait pu contribuer à initier une version primordiale du cycle moderne de l’acide tricarboxylique (TCA), un processus métabolique de base que l’on retrouve dans la plupart des formes de vie sur Terre.
Krishnamurthy et son équipe s’efforcent actuellement de démontrer en laboratoire que le scénario de la réaction au glyoxylose pourrait effectivement avoir produit 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 », explique Krishnamurthy.
Les chimistes étudient également les applications commerciales potentielles des réactions qui produisent du glyoxylate, car celles-ci consomment effectivement du CO2 et peuvent donc être utilisées pour réduire les niveaux de CO2, que ce soit au niveau local dans les environnements industriels ou au niveau mondial pour lutter contre le réchauffement de la planète.
Référence : « The potential of glyoxylate as a prebiotic source molecule and a reactant in protometabolic pathways-The glyoxylose reaction » par Ramanarayanan Krishnamurthy et Charles L. Liotta, 13 avril 2023, Chem.
DOI: 10.1016/j.chempr.2023.03.007
L’étude a été soutenue par le programme d’exobiologie de la NASA NNH20ZA001N-EXO et par la National Science Foundation et le programme d’astrobiologie de la NASA dans le cadre du Center for Chemical Evolution.