Dans les organismes vivants aujourd'hui, des molécules complexes comme l'ARN et l'ADN sont construites à l'aide d'enzymes. Alors, comment ces molécules se sont-elles formées avant la vie (et les enzymes)? Pourquoi certaines molécules se sont-elles retrouvées comme les éléments constitutifs de la vie et pas d'autres? Une nouvelle étude de Scripps Research Scientists aide à répondre à ces questions de longue date.
Les résultats, publiés dans la Chemistry Journal Angewandte Chemie le 27 juin 2025, spectacle Comment le ribose peut être devenu le sucre de choix pour le développement de l'ARN. Ils ont constaté que le ribose se lie à la composante moléculaire du phosphate-un autre de l'ARN plus rapidement et efficacement que les autres molécules de sucre. Cette fonction aurait pu aider à sélectionner Ribose pour l'inclusion dans les molécules de la vie.
Cela donne de la crédibilité à l'idée que ce type de chimie prébiotique aurait pu produire les éléments constitutifs de l'ARN, ce qui aurait ensuite pu conduire à des entités qui présentent des propriétés réalistes. «
Ramanarayanan Krishnamurthy, auteur correspondant, professeur de chimie à Scripps Research
Les nucléotides, les éléments constitutifs de l'ARN et de l'ADN, se composent d'une molécule de sucre à cinq carbones (ribose ou désoxyribose) qui est lié à un groupe de phosphate et à une base à base d'azote (la partie de la molécule qui code, par exemple, a, c, g ou u). Les recherches de Krishnamurthy visent à comprendre comment ces molécules complexes auraient pu apparaître sur la Terre primordiale. Plus précisément, cette étude s'est concentrée sur la phosphorylation, l'étape dans la construction des nucléotides où le ribose se connecte au groupe phosphate.
«La phosphorylation est l'une des chimies de base de la vie; elle est essentielle pour la structure, la fonction et le métabolisme», explique Krishnamurthy. « Nous voulions savoir que la phosphorylation pourrait également jouer un rôle fondamental dans le processus primordial qui a commencé toutes ces choses? »
D'après les travaux antérieurs, l'équipe savait que le ribose pouvait devenir phosphorylé lorsqu'il est combiné avec une molécule donnant un phosphate appelé diamidophosphate (DAP). Dans cette étude, ils voulaient savoir si d'autres sucres similaires pouvaient également subir cette réaction, ou s'il y a quelque chose de spécial dans le ribose.
Pour tester cela, les chercheurs ont utilisé des réactions chimiques contrôlées pour étudier la rapidité et la manière efficace que le ribose est phosphorylé par DAP par rapport à trois autres molécules de sucre avec le même maquillage chimique mais une forme différente (arabinose, lyxose et xylose). Ensuite, ils ont utilisé une technique analytique appelée spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) pour caractériser les molécules produites par chaque réaction.
Ils ont montré que bien que DAP ait pu phosphoryler les quatre sucres, il phosphorylé le ribose à un rythme beaucoup plus rapide. De plus, la réaction avec le ribose a résulté exclusivement de structures en forme de bague avec cinq coins (par exemple, des anneaux de 5 membres), tandis que les autres sucres ont formé une combinaison d'anneaux de 5 et 6 membres.
« Cela nous a vraiment montré qu'il y a une différence entre Ribose et les trois autres sucres », explique Krishnamurthy. « Ribose réagit non seulement plus rapidement que les autres sucres, mais il est également plus sélectif pour la forme du cycle de cinq membres, qui se trouve être la forme que nous voyons dans l'ARN et l'ADN aujourd'hui. »
Lorsqu'ils ont ajouté du DAP à une solution contenant des quantités égales des quatre sucres différents, il a préférentiellement phosphorylé le ribose. Et tandis que les trois autres sucres ont été « coincés » à un point intermédiaire de la réaction, une grande proportion des molécules ribose a été convertie en une forme qui pourrait probablement réagir avec une base nucléaire pour former un nucléotide.
« Ce que nous avons obtenu était un 2 en 1: nous avons montré que le ribose est sélectivement phosphorylé à partir d'un mélange de sucres, et nous avons également montré que ce processus sélectif produit une molécule avec une forme propice à la fabrication d'ARN », explique Krishnamurthy. « C'était un bonus. Nous ne prévoyons pas que la réaction s'arrêterait au stade avantageuse pour produire des nucléotides. »
Les chercheurs avertissent que, même si ces réactions peuvent toutes se produire abiotiquement, cela ne signifie pas que ce sont les réactions qui ont nécessairement entraîné la vie.
« L'étude de ces types de produits chimiques nous aide à comprendre quel type de processus aurait pu conduire aux molécules qui constituent la vie aujourd'hui, mais nous ne faisons pas affirmer que cette sélection est ce qui a conduit à l'ARN et à l'ADN, car c'est tout à fait un saut », explique Krishnamurthy. « Il y a beaucoup d'autres choses qui doivent se produire avant d'arriver à l'ARN, mais c'est un bon début. »
Dans les recherches futures, l'équipe prévoit de tester si cette réaction chimique peut se produire à l'intérieur des structures cellulaires primitives appelées «protocelles».
« La question suivante est la suivante: Ribose peut-il être enrichi sélectivement dans un protocell, et peut-il réagir davantage pour fabriquer des nucléotides dans un protocell? » dit Krishnamurthy. « Si nous pouvons y arriver, cela pourrait produire suffisamment de tension pour forcer le protocell à se développer et à se diviser – ce qui est exactement ce qui sous-tend la façon dont nous grandissons. »
En plus de Krishnamurthy, la « sélection de l'étude de la ribofuranose-isomère parmi les pentoses par phosphorylation avec diamidophosphate » a été co-écrite par Harold A. Cruz de Scripps Research.
Les travaux ont été soutenus par la subvention de l'exobiologie de l'astrobiologie de la NASA (80NSSC22K0509).
