Les scientifiques ont peut-être découvert la forme des toutes premières protéines à l'origine de la vie

Les scientifiques ont peut-être découvert la forme des toutes premières protéines à l'origine de la vie

 

La forme des premiers éléments constitutifs de la vie datant d’il y a 3,5 milliards d’années peut avoir été identifiée, en raison d’un nouvel effort pour envisager les arrangements moléculaires des toutes premières protéines de la planète.

 

En utilisant la modélisation informatique pour simuler la configuration de molécules anciennes qui n’existent plus sur Terre, les scientifiques ont tracé le contour de ce qu’ils prétendent être un ancêtre commun aux familles d’enzymes modernes qui permettent à la vie de prospérer en catalysant réactions de transfert d’électrons.

“La vie sur Terre est électrique”, expliquent des chercheurs de l’Université Rutgers sur le site Web d’ENIGMA, un laboratoire dédié à l’étude de l’évolution des nanomachines dans les géosphères et les ancêtres microbiens.

“Les circuits électroniques sont catalysés par un petit sous-ensemble de protéines qui fonctionnent comme des nanomachines sophistiquées.”

010 ancient protein fold 2 (Vikas Nanda / Rutgers University)

Ci-dessus: Un pli (forme) qui peut avoir été l’une des premières protéines dans l’évolution du métabolisme.

Mais à quoi ressemblaient ces protéines primordiales, il y a littéralement des millions de millénaires? C’est un géant inconnu, et qui encadre l’existence du laboratoire ENIGMA, en partie financé par la NASA dans le cadre du programme d’astrobiologie de l’agence spatiale.

Naturellement, ce n’est pas une question facile à répondre, étant donné que les enzymes en question remontent à l’ère archéenne – qui duraient il y a environ 4 à 2,5 milliards d’années – et sont maintenant éteintes depuis longtemps. Néanmoins, la vie devait venir de quelque part.

“Nous pensons que la vie a été construite à partir de très petits blocs de construction et a émergé comme un ensemble de Lego pour fabriquer des cellules et des organismes plus complexes comme nous”, dit biophysicien environnemental et Le chercheur principal d’ENIGMA, Paul G. Falkowski, de l’Université Rutgers-Nouveau-Brunswick.

“Nous pensons avoir trouvé les éléments constitutifs de la vie – l’ensemble Lego qui a finalement conduit à l’évolution des cellules, des animaux et des plantes.”

Dans l’étude, les chercheurs ont analysé et comparé les structures protéiques 3D existantes pour voir si elles pouvaient déterminer un ancêtre commun qui pourrait mieux s’adapter au moule dans le passé évolutif lointain de la protéine.

Plus précisément, les chercheurs cherchaient à quantifier les similitudes entre les replis de protéines – les formes que prennent les chaînes d’acides aminés en trois dimensions – pour trouver un modèle topologique simple de ce à quoi les anciennes molécules de protéines auraient pu ressembler il y a longtemps, avant devenir plus complexe et diversifié au cours de milliards d’années.

“Nous avons découvert que deux plis récurrents étaient au cœur de l’origine du métabolisme”, expliquent les chercheurs dans leur article .

“Ces deux plis partageaient probablement un ancêtre commun qui, grâce à la duplication, au recrutement et à la diversification, a évolué pour faciliter le transfert d’électrons et la catalyse à un stade très précoce de l’origine du métabolisme.” . lier les nucléotides.

Cela peut ne pas sembler beaucoup, mais ces structures de base – qui elles-mêmes auraient pu avoir un ancêtre singulier – auraient pu être le modèle structurel des protéines anciennes qui rendaient tout le reste possible sur Terre (métaboliquement parlant).

“Nous supposons que les premières protéines étaient de petits peptides simples (protéines avec des chaînes très courtes) qui ont extrait l’énergie de l’environnement sous forme de molécules donneuses d’électrons dans l’océan / l’atmosphère / les roches et les ont déplacées vers d’autres des molécules qui acceptent les électrons “, a expliqué l’un des membres de l’équipe, le biologiste moléculaire Vikas Nanda Cosmos .

“L’énergie est libérée dans cette réaction de transfert d’électrons et c’est l’énergie qui anime toute la vie.”

Bien sûr, l’équipe reconnaît que leur approche de modélisation, basée sur la comparaison des topologies protéiques, n’est capable que de démontrer des lignées hypothétiques.

En d’autres termes, ce n’est qu’à quoi ils pensent que les premières protéines ressemblaient. Nous ne pouvons pas le savoir avec certitude, étant donné les limites de ce type de recherche.

“Dans le domaine de l’inférence évolutive en temps profond”, ils disent , “nous sommes nécessairement limités à déduire ce qui aurait pu arriver, plutôt que de prouver ce qui s’est passé se produire.”

Mais cela ne veut pas dire que d’autres expériences ne pourraient pas aller plus loin dans le traçage de l’arbre généalogique de la vie. L’équipe souligne qu’ils, comme d’autres chercheurs, tentent en fait de recréer des versions fonctionnelles de ces types de protéines en laboratoire.

S’ils réussissent, cela nous rapprochera de la façon dont la biochimie a émergé de la géochimie , disent les chercheurs – quelque chose qui pourrait nous aider à identifier les éléments constitutifs de la vie bien au-delà de la Terre.

“En fin de compte, notre objectif est que l’effort proposé informe les futures missions de la NASA sur la détection de la vie sur les corps planétaires dans les zones habitables”, Le site Web d’ENIGMA explique .

“Notre effort offre une fenêtre unique sur les caractéristiques chimiques potentielles à l’échelle planétaire qui pourraient découler de la chimie abiotique, qui doivent être comprises si nous voulons reconnaître des biosignatures uniques sur d’autres mondes.”

Les résultats sont rapportés dans PNAS . (Lien pas encore en ligne au moment de la rédaction.)

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