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publié le : 12/10/2017
  

Energie et premiers métabolismes, le monde des thioesters

Dans la nature actuelle, l'énergie nécessaire aux synthèses est apportée par l'adénosine triphosphate (ATP) et les réactions sont catalysées par des protéines. Mais dans un monde sans glucides et sans bases azotées, l'ATP n'existait pas et les protéines encore moins. Alors comment réaliser des synthèses? Un élément de réponse nous est  apporté par les coenzymes. Ces molécules sont contenues dans le site actif de certains enzymes et sont directement impliquées dans la réaction catalysée.

Synthèse de la tyrocidine

Synthèse de la tyrocidine. Les 10 acides aminés qui constituent ce peptide sont fixés sur une sous unité d'une grosse protéine (en bleu) par des liaisons SH. L'assemblage des 3 premiers acides aminés est spontané. Les 7 autres sont assemblés grâce à la pantéthéine (molécule noire en zigzag) qui déplace l'une de ses extrémités et avec elle le peptide en formation d'une sous unité à l'autre. A chaque mouvement un nouvel acide aminé est ajouté au peptide.

Dans le cas de la synthèse de la tyrocidine les acides aminés sont fixés par des atomes de soufre sur la protéine et le coenzyme (pantéthéine).  Ils réalisent des liaisons thioesters. Il en est de même dans le cas de la coenzyme A mais c'est un acide gras qui est fixé sur le soufre.

Les thioesters peuvent avoir été à la base d'un métabolisme primitif permettant l'incorporation de CO2 et de NH4+ source de nouveaux acides aminés ou de corps carbonés avec un nombre de carbones plus élevé que les molécules de la soupe primitive. Ces premières réactions catalysées par les enzymes primitifs ont pu donner naissance à des glucides et des acides gras. Et, cerise sur le gâteau, le phosphate attaque les thioesters et se fixe sur eux. Le phosphate était entré dans le métabolisme des êtres vivants et allait se substituer progressivement au soufre dans les transferts d'énergie du métabolisme.

Mais comment se formaient les thioesters?

La réaction suivante est réversible :

Thiol + groupement carbonyle (acide lactique par exemple)    Thioester + 2 électrons + 2 H+ + CO2

En présence d'un accepteur d'électrons la réaction est déplacée vers la droite et l'on a synthèse de thioesters. Le Fe3+ est un bon candidat comme accepteur d'électrons. Il était alors abondant et se formait en permanence par photo-oxydation de Fe2+ sous l'effet des rayons ultra violets.

Le cycle du fer et la synthèse de thioester

Le rayonnement ultra violet comme source d'énergie

Les rayons UV étaient en quantité inépuisable faute de couche d'ozone et servaient de source d'énergie pour la synthèse de thioesters eux même utilisés pour les synthèses d'un être vivant qui n'était pas isolé dans une membrane mais devait être une solution toujours enrichie en nouvelles molécules dans des mares d'eau peu profonde. Les réactions chimiques catalysées par les enzymes primitifs se réalisaient à la surface de particules d'argile, de cristaux de pyrite de fer (FeS2) ou de poussières ce qui augmentait les chances de rencontre avec les substrats. La réaction suivante permet à la fois la synthèse de pyrite (et donc l'augmentation de la taille du support) et d'acide succinique :

4 CO2 + 7 FeS+ 7 H2 (CH2COOH)2 + 7 FeS2 + 4 H2O

Les mêmes réactions ont pu se produire dans les micro-cavités des fumeurs blancs.

Les coenzymes ont pris le relais des surfaces minérales

Les premières surfaces catalytiques minérales ont probablement été remplacées par des surfaces organiques comme l'ancêtre de la ferrédoxine bactérienne avec son atome de fer et ses 4 acides aminés. Elle devait servir à retenir Fe2+ pour permettre les réactions d'oxydo-réductions.

Acétyl-coenzyme A, l'association des 4 familles de molécules des êtres vivants

Acétyl-coenzyme A, l'association des 4 familles de molécules des êtres vivants. On y trouve en effet une base azotée, l'adénine, un sucre, le ribose, et des acides aminés dans la pantéthéine. Le groupement Acétyl est utilisé pour la synthèse d'un acide gras.

La présence de groupements phosphates chargés négativement comme dans l'actuel co-enzyme A devait faciliter la fixation sur les argiles ou les cristaux de pyrite. Le coenzyme A nous donne une représentation des premiers catalyseurs biologiques si tant est que l'on puisse déjà parler de biologie. Il est complexe puisqu'il associe acides aminés, phosphate, sucre et base azotée. En cela, il fait le lien entre le monde des thioesters et l'étape suivante.

La nécessité d'une mémoire

Dans cette cuisine primitive la recette de la bonne soupe, l'enzyme efficace, devait sans cesse être inventée et perdue faute d'être écrite dans une mémoire. C'est là qu'interviennent ADN et ARN.


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créée le : 15-02-2013     modifiée le : 06-10-2015     visites depuis le 31/10/2015
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