• L'ADN

L'établissement de liaisons hydrogène permet l'appariement préférentiel des bases. Grâce à l'appariement des bases, I'ADN adopte une conformation stable en double hélice constituée par l'association tête-bêche de deux brins polynucléotidiques complémentaires. L'appariement des bases fournit également à l'ADN le moyen de transférer l'information qu'il porte imprimée dans sa séquence par un mécanisme d'auto réplication:
les deux brins complémentaires se séparent et chacun d'eux sert de matrice pour la synthèse d'une nouvelle chaîne. La copie se fait avec une excellente précision puisque le taux d'erreur de traduction est de l'ordre d'un acide aminé sur dix mille.

La grande majorité des travaux de reconstitution en laboratoire d'acides nucléiques prébiotiques porte sur les acides nucléiques à ribose (ARN) car ils sont considérés comme étant plus anciens, plus primitifs, que les ADN à désoxyribose. Le phosphore est présent dans les roches ignées terrestres sous forme de fluoroapatite (un fluorophosphate de calcium) qui représente 0,6% de la masse minérale totale. La chloroapatite est le phosphate minéral le plus abondant dans les météorites. La fluoroapatite n'est pratiquement pas soluble dans l'eau à pH 7 mais la solubilité peut être fortement augmentée par complexation avec un diacide comme, par exemple, l'acide oxalique. Les bases puriques sont obtenues facilement à partir de l'acide cyanhydrique, ou en soumettant un mélange gazeux de méthane, d'éthane et d'ammoniac à des décharges électriques. Toutefois, les rendements de synthèse sont très faibles. Les bases puriques et pyrimidiques sont présentes dans les météorites et peut-être dans les comètes. La synthèse des sucres à partir de formaldéhyde fournit un mélange très complexe dans lequel le sucre recherché est très minoritaire. La synthèse de nucléosides, combinaison covalente de la base et du ribose, peut être réalisée en chauffant un mélange de ribose et de purine à l'état solide. Les rendements sont de l'ordre de quelques pour cents. Cependant, la base se lie en plusieurs endroits du sucre, sans préférence marquée pour la liaison naturelle. Signalons qu'aucune synthèse de nucléosides à pyrimidine n'a été décrite à ce jour. La fixation du groupe phosphate au nucléoside peut être obtenue par chauffage. Le groupe phosphate se fixe surie ribose mais sans aucune spécificité.

La formation d'une chaîne d'acide nucléique requiert l'élimination d'une molécule d'eau entre le groupe phosphate et le sucre. Le chimiste américain James Ferris a découvert une argile qui catalyse efficacement la condensation des nucléotides. La réplication chimique a été étudiée d'une manière intensive par le chimiste Leslie Orgel. Par exemple, les brins préformés de poly C (un polyribonucléotide à pyrimidine) sont capables de sélectionner les nucléotides complémentaires G (à purines) pour former une double hélice grâce à l'appariement des bases G~C. Les nucléotides G organisés le long de poly C peuvent alors se lier les uns aux autres car la géométrie hélicoïdale amène les groupes réactifs en proche voisinage. La condensation est efficace et conduit à la formation de liaisons naturelles. La réaction est hautement spécifique car seul le nucléotide activé G complémentaire de la matrice poly C est incorporé; si l'on présente à la matrice un cocktail de nucléotides, le nucléotide complémentaire est incorporé cent à cinq cents fois plus efficacement. En l'absence de matrice, la condensation de G activé est très peu efficace et conduit à un mélange complexe de produits de petite taille. La réplication chimique, non enzymatique, est donc possible. Cependant, elle se heurte encore à un certain nombre de difficultés. L'effet de matrice ne s'exerce qu'à partir d'une matrice préformée renfermant au moins 60 % de pyrimidine, les matrices à purine étant incapables de diriger la synthèse de nucléotides. Les chaînes-filles sont, de ce fait, constituées majoritairement de purines et sont donc stériles. Par ailleurs, dans les expériences de réplication chimique, la matrice est constituée de sucres D et les nucléotides activés sont également D. En alimentant la matrice droite avec des nucléotides L, la condensation est peu efficace. En utilisant un mélange racémique renfermant autant de nucléotides D que de nucléotides L, on observe une inhibition presque totale de la réaction car les nucléotides L empoisonnent la condensation des nucléotides D. La réplication chimique ne se développe qu'avec des molécules déjà triées, situation peu plausible sur la Terre primitive, compte tenu des données dont nous disposons à l'heure actuelle. Les chimistes ont alors cherché à exploiter des analogues des acides nucléiques biologiques. Des travaux remarquables menés par le chimiste suisse Albert Eschenmoser portant sur le rôle possible du phosphate de glycolaldéhyde (CHO-CH2O-P03H2) dans l'évolution chimique montrent que ce composé conduit facilement en présence de formaldéhyde à un sucre ribopyranose, c'est-à-dire un cycle oxygéné à six atomes. Il reste maintenant à montrer que les nucléotides à pyranose peuvent emmagaziner et transférer l'information de séquence comme le font les nucléotides biologiques.

Dans une cellule contemporaine, la copie de l'information portée par i'ADN est assurée par des protéines chimiquement actives, les enzymes. Les vingt acides a-aminés utilisés par les enzymes, de type NH2-CHR-COOH, comportent une fonction amine NH2 et une fonction acide COOH séparées par un seul atome de carbone. Ils diffèrent par la nature du substituant R. Celui-ci porte quelquefois une fonction chimiquement active, siège de 1' activité catalytique. Les acides 0)-aminés ayant plusieurs atomes de carbone entre les fonctions amine et acide et les acides aminés disubstitués qui ont deux substituants carbonés sur l'atome de carbone central ne sont pas utilisés. Comme déjà mentionné, l'atome de carbone central est asymétrique. Pour chaque acide aminé, à l'exception de la glycine, il existe deux composés appelés énantiomères L et D. Les protéines n'utilisent que les énantiomères L.

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