le contexte les ancêtres du vivant les premières structures organiques les molécules organiques le rôle des lipides vers la cellule

Avant la vie...   Les premières structures organiques L'accumulation des premières molécules organiques va favoriser leur rencontre et la formation de composés plus complexe par association. C'est donc principalement dans les milieux très concentrés en ces molécules que ces synthèses ont eu lieu. Ainsi les mares, les lacs et même les flaques ont joué un rôle non négligeable dans l'apparition de la vie ! De même certaines substances minérales ont favorisé des réactions. L'argile par ses propriétés physico-chimiques a facilité la polymérisation de certaines molécules. D'autres substances ont joué le rôle de catalyseurs. N'oublions pas que ce sont des milliards de milliards de molécules qui ont pu interagir ensemble grâce à l'agitation des eaux. Apparition de l'ARN L'ARN (ou acide ribonucléïque) est une molécule très importante. C'est elle qui permet aux gènes présents sur l'ADN de s'exprimer. Sans elle, la vie ne serait pas ce qu'elle est. On pense que cette molécule, un acide nucléïque, est apparue tôt dans l'évolution, avant les protéines et avant l'ADN. Ces nombreuses propriétés ont bouleversé l'évolution dans le sens que l'on connait. Parmi les molécules formées dans la soupe primitive, apparait l'AMP, une association entre l'adénine (une base azotée), un ribose (un sucre) et un pyrophosphate inorganique (Pi). Notons que le pyrophosphate intervient aussi dans la formation et l'accrochage du ribose à l'adénine. L'association adénine et ribose est appelée Adénosine et forme un nucléoside (qui est le composant de base des acides nucléïques). Une fois l'AMP formée, par association avec 2 autres pyrophosphates, il y a formation d'ATP. Cet ATP possède les caractéristiques des thioesters (il échange de l'énergie, en libérant un pyrophosphate, contre une molécule d'eau, il permet donc à de nombreuses réactions d'avoir lieu) mais il peut aussi former de longues chaînes (permettant de créer une réserve stable de pyrophosphates) par polymérisation : ATP + ATP -> ATP-AMP + Pi ATP + ATP-AMP -> ATP-AMP-AMP + Pi etc... Cette chaîne ATP-AMP-AMP-AMP-AMP... est plus connue sous le nom de PolyA. Peu à peu d'autres bases azotées sont apparues dans la soupe primitive au gré du hasard : cytosine, uracile, guanine... Possédant les mêmes propriétés que l'adénine, elles ont formé du CMP, UMP, GMP et bien d'autres... qui se sont insérés naturellement dans les PolyA, formant ainsi un ARN primitif. A ce stade l'ARN ne possède encore aucune information. Parmi les bases azotées formées seules la guanine, la cytosine, l'uracile et l'adénine ont été conservées. Sûrement car ces molécules pouvaient se lier entre elles : La guanine se lie à la cytosine, l'uracile à l'adénine. Cette propriété, en plus de stabiliser la molécule d'ARN, a permit a celle-ci de se replier sur elle-même : certaines séquences étaient complémentaires d'autres et se liaient entre elles. ......A-G-C-A-U-U-A-G-C........           | | | | | |          : ......C-A-G-U-A-A-U-C-U........ Ces repliements en boucle permettent l'apparition de nouvelles propriétés : une meilleur résistance à la dégradation par exemple mais surtout la possibilité d'une réplication de la molécule avec la formation d'un second brin complémentaire du premier. En effet, imaginons une molécule d'ARN dont une extrémité se replie. De nouvelles bases vont pouvoir s'accrocher à cette extrémité mais, en raison de leur affinité, leur mise en place ne sera plus aléatoire mais conditionnée par la base située sur l'autre brin. Parmi les différents ARN formés certains possèdent une activité catalytique (on les appelle des ribozymes). Cette activité leur fournit une capacité d'autoréplication. Un ARN qui peut se répliquer, peut donc s'amplifier, au détriment des autres ARN : c'est le début d'une sélection de type darwinienne. Les nombreuses erreurs de réplication permettent de créer de nombreuses variantes de cet ARN dont certaines seront plus efficaces (ARN plus stable, réplication plus rapide..). Par ce phénomène, où seules les bases azotées A, C, G, U pouvaient intervenir, la disparition des ARN composés avec d'autres molécules que les 4 bases azotées était inéluctable.   ARN, protéines et ADN La molécule d'ARN a rapidement évolué vers un modèle stable dont l'évolution devient difficile. Un nouveau type de sélection s'est fait jour : certains ARN sont capables de se lier à un acide aminé. Une telle association les protège mieux de la dégradation en les rendant plus compact. Avec l'abondance de ce type d'ARN, il leur est alors possible de se lier entre eux et de former de petits peptides en associant leur acide aminé. C'est là qu'interviennent des ribozymes, capables de catalyser ce type de liaison, et une troisième molécule d'ARN, qui par sa séquence de nucléotides dirige l'ordre de formation du peptide (elle fait alors office de gène). La fonction de traduction était née. Là encore parmi les peptides formés certains possèdent une activité catalytique et préfigurent les futurs enzymes. Certaines enzymes ont pu faciliter la réplication des ARN par exemple. C'est à ce stade que l'apparition de la cellule est devenue nécessaire. Si de telles enzymes étaient libres dans le milieu, elles profitaient à tous les ARN concurrents, ne permettant pas à l'ARN qui les codait de se mettre en valeur par rapport aux autres, ce qui aurait probablement entrainé tôt ou tard sa disparition. Si l'ARN et l'enzyme étaient isolés dans une protocellule, celle-ci serait grandement avantagée car elle seule bénéficiait des produits de la traduction. Certains ARN se combinent entre eux, et forment ainsi un ARN plus long et donc des peptides plus longs . Cette "combinaison" ou épissage a pu être réalisé grâce à l'action de certains ribozymes. Parmi ces nouveaux peptides, certains apportent de nouvelles propriétés. Ainsi une enzyme permettant de fabriquer l'ADN a pu voir le jour. Cette transcriptase reverse comme on l'appelle actuellement permet à partir d'une molécule d'ARN (d'un seul brin) de créer une molécule double brin d'ADN. Les différences entre ARN et ADN (Thymine à la place de l'uracile, désoxyribose à la place du ribose) peuvent provenir de l'affinité de la transcriptase reverse pour de telles molécules. Une telle enzyme devait en fait permettre à la fois la formation d'ADN à partir d'ARN, l'inverse et la réplication. Puis avec le temps de nouvelles formes plus spécialisées l'ont remplacé. L'avénement de l'ADN a permit de stocker les gènes primitifs (ex ARN) en un seul exemplaire au lieu d'en nécessiter un grand nombre, elle a également favorisé leur stabilité. Propriétés des molécules organiques Les molécules organiques ne s'associent pas en n'importe quel endroit de leur structure, elles possèdent des groupements d'atomes plus réactifs que d'autres où l'association aura lieu. Donc les associations ne sont pas totalement dûes au hasard mais sont "dirigées" en fonction de la présence ou non de tels sites réactifs. Quand deux acides aminés se rencontrent au hasard, l'extrémité la plus "acide" (en rouge) d'un des acides aminés va s'associer à l'extrémité la plus "basique" de l'autre molécule (en bleu), avec une libération d'eau. C'est ce que l'on appelle une liaison peptidique. Cette liaison est à l'origine de la formation de très grosses molécules, les protéines, par chaînage de différents acides aminés à la suite les uns des autres. Dans la soupe primitive, les protéines ne pouvaient pas être formées en raison de l'absence d'enzymes suffisamment élaborées, mais de petits peptides ont pu se former de cette façon sous l'influence de fortes températures. Ces longues molécules se replient dans les trois dimensions, par regroupement d'acides aminés distants, en fonction d'affinités interne. La configuration 3D des protéines leur a apporté une stabilité plus grande, mais a également permit l'apparition de nouveaux sites réactifs par rapprochement de 2 séquences d'acides aminés qui étaient jusqu'alors séparées. Ainsi certaines protéines ont eu une activité catalytique sur d'autres molécules, ce sont les enzymes. Elles permettent de découper, coller, modifier les molécules sur lesquelles elles agissent. La stabilité des molécules permet une meilleure résistance aux conditions environnantes. De même la forte synthèse d'une molécule permet de contrecarrer son taux de destruction. Donc les réactions de catalyse en chaîne ou d'autocatalyse permettent une meilleure stabilité. Les éléments ne pouvant faire face aux divers agents destructeurs (pH, radiations, température, potentiel d'oxydoréduction etc...) seront détruits et leurs déchets serviront à la synthèse de nouvelles molécules, ainsi de suite, et seules les molécules stables resteront.