ARN (acide ribonucléique) ou RNA (ribonucleic acid)
Un monde ARN originel ?
Le scénario évolutif en question postule l'existence passée d'un ARN primitif, ancêtre moléculaire de toute forme de vie, capable de mettre en œuvre les fonctions essentielles des acides nucléiques, et des protéines contemporaines, lors d'une étape clé de l'histoire du vivant.
L'hypothèse repose sur l'interprétation de certains actes métaboliques actuels et sur de nombreux résultats expérimentaux. Ainsi, les désoxyribonucléotides nécessaires à la synthèse de l'ADN sont fabriqués dans toute cellule vivante à partir des ribonucléotides de l'ARN. La thymine (T), base spécifique de l'ADN, est obtenue par transformation (méthylation) de l'uracile (U), qui est spécifique de l'ARN. De plus, de courts fragments d'ARN sont les amorces indispensables à toute synthèse d'ADN, ce qui suggère l'antériorité de l'ARN au cours de l'évolution. Enfin, l'existence d'ARN catalyseurs, les ribozymes, est un argument décisif en faveur du « monde ARN ». Ainsi, l'ARN peut être à la fois génotype et phénotype, porter une information génétique et exprimer cette information sous forme de propriétés catalytiques.
Toutes ces données convergent pour étayer l'hypothèse selon laquelle l'ARN serait apparu avant l'ADN au cours de l'évolution biochimique, et dès lors, certains considèrent l'ADN comme un ARN modifié pour une meilleure conservation de l'information génétique.
Un monde pré-ARN
Si l'on veut fabriquer de toutes pièces et dans des conditions primitives la première matrice ARN ou l'un de ses éléments, les nucléotides, on rencontre un certain nombre de difficultés. La réplication des acides nucléiques est inconcevable si l'on n'envisage pas un mécanisme très simple pour la synthèse prébiotique des nucléotides. Ainsi, la synthèse de sucres à partir de formaldéhyde produit un mélange complexe, au sein duquel le ribose (glucide typique de l'ARN) est instable et minoritaire. La formation d'un nucléoside à partir d'une base et d'un sucre produit de nombreux isomères ; la phosphorylation des nucléosides produit également un mélange complexe. Steven Benner a récemment montré en 2005 la stabilisation du ribose par une substance minérale, le borate ; la synthèse prébiotique directe de nucléotides par une voie chimique alternative n'est donc pas sans espoir. Néanmoins, il est envisageable qu'une architecture moléculaire différente ait précédé le monde ARN, et puisque le squelette ribose-phosphate n'est pas indispensable au transfert de l'information génétique, un système de réplication plus simple aurait pu exister. Les premiers organismes auraient ainsi disposé de matériels génétiques différents.
Les systèmes génétiques alternatifs
Dans les PNA (peptide nucleic acid) de Egholm et Nielsen, le squelette ribose-phosphate est remplacé par un squelette peptidique sur lequel sont greffées les bases puriques et pyrimidiques. Les PNA forment des doubles hélices très stables avec des ARN complémentaires et peuvent également servir de matrice pour la synthèse d'ARN. L'information contenue dans la séquence des PNA peut donc être transférée à l'ARN au cours d'une synthèse dirigée par une matrice, ce qui permet d'envisager la transition d'un « monde PNA » à un « monde ARN ».
Le groupe d'Albert Eschenmoser a réussi à remplacer le ribose par un sucre à quatre carbones, le thréose, dont la synthèse prébiotique apparaît plus facile. Les oligonucléotides qui en dérivent, nommés TNA, sont capables de former une double hélice avec l'ARN. L'ensemble des travaux réalisés dans ce champ permet d'imaginer toute une série de matrices possédant la « bonne » pré-organisation structurale. Enfin, quel que fût le squelette précurseur[...]
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Écrit par
- Marie-Christine MAUREL : professeur à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie, Institut Jacques-Monod
Classification
Médias
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