Origines et propriétés des Protobiontes

Le protobiontes ce sont des complexes biologiques qui, selon certaines hypothèses liées à l'origine de la vie, ont précédé les cellules. Selon Oparín, il s'agit d'agrégats moléculaires entourés d'une membrane lipidique semi-perméable ou d'une structure similaire.

Ces agrégats moléculaires biotiques pourraient présenter une reproduction simple et un métabolisme capable de maintenir la composition chimique de l'intérieur de la membrane différente de son environnement externe.

Certaines expériences menées en laboratoire par différents chercheurs ont révélé que les protobiontes pouvaient se former spontanément en utilisant des composés organiques créés à partir de molécules abiotiques en tant que blocs structuraux.

Des exemples de ces expériences sont la formation de liposomes, qui sont des agrégations de petites gouttelettes entourées de membranes. Ceux-ci peuvent être formés lorsque des lipides sont ajoutés à l'eau. Cela se produit également lorsque d'autres types de molécules organiques sont ajoutés.

Je peux arriver que des gouttelettes ressemblant à des liposomes se forment dans les bassins des périodes prébiotiques et que celles-ci incorporent au hasard des polymères d'acides aminés.

Dans le cas où les polymères rendraient certaines molécules organiques perméables à la membrane, il serait possible d'incorporer lesdites molécules de manière sélective.

Index

• 1 Propriétés et caractéristiques
  • 1.1 Membranes semi-perméables
  • 1.2 Excitabilité
• 2 origine
  • 2.1 Hypothèse de l’Oparine et Haldane
  • 2.2 Expérience de Miller et Urey
• 3 Matériel génétique des protobiontes
  • 3.1 Monde d'ARN
  • 3.2 Apparence de l'ADN
• 4 références

Propriétés et caractéristiques

Les protobiontes supposés pourraient être formés à partir de molécules hydrophobes organisées sous la forme d'une bicouche (deux couches) à la surface d'une goutte, rappelant les membranes lipidiques présentes dans les cellules actuelles.

Membranes semi-perméables

Comme la structure est sélectivement perméable, le liposome peut gonfler ou se dégonfler en fonction de la concentration des solutés dans le milieu.

Autrement dit, si le liposome est exposé à un milieu hypotonique (la concentration à l'intérieur de la cellule est plus grande), l'eau pénètre dans la structure en gonflant le liposome. En revanche, si le milieu est hypertonique (la concentration de la cellule est inférieure), l'eau se déplace vers l'environnement extérieur.

Cette propriété n'est pas propre aux liposomes, elle peut également être appliquée aux cellules actuelles d'un organisme. Par exemple, si les globules rouges sont exposés à un milieu hypotonique, ils peuvent exploser.

Excitabilité

Les liposomes peuvent stocker de l'énergie sous la forme d'un potentiel de membrane, qui consiste en une tension sur la surface. La structure peut décharger la tension d'une manière qui rappelle le processus qui se produit dans les cellules neuronales du système nerveux.

Les liposomes ont plusieurs caractéristiques d'organismes vivants. Cependant, ce n'est pas la même chose que de dire que les liposomes sont vivants.

Origine

Il existe une grande diversité d’hypothèses qui cherchent à expliquer l’origine et l’évolution de la vie dans un environnement prébiotique. Nous décrirons ensuite les postulats les plus remarquables sur l’origine des protobiontes:

Hypothèse d'Oparin et d'Haldane

L'hypothèse sur l'évolution biochimique a été proposée par Alexander Oparin en 1924 et par John D. S. Haldane en 1928.

Ce postulat suppose que l'atmosphère prébiotique était dépourvue d'oxygène, mais qu'elle diminuait fortement, de grandes quantités d'hydrogène conduisant à la formation de composés organiques grâce à la présence de sources d'énergie.

Selon cette hypothèse, à mesure que le refroidissement de la terre se produisait, la vapeur des éruptions volcaniques se condensait, se précipitant sous forme de pluies fortes et constantes. Lorsque l'eau est tombée, elle a entraîné des sels minéraux et d'autres composés, donnant naissance à la fameuse soupe primigenia ou au bouillon nutritif.

Dans cet environnement hypothétique, de grands complexes moléculaires appelés composés prébiotiques, à l'origine de systèmes cellulaires de plus en plus complexes, pourraient se former. Oparin a appelé ces structures protobiontes.

Au fur et à mesure que les protobiontes augmentaient leur complexité, ils ont acquis de nouvelles capacités pour transmettre des informations génétiques, et Oparin a donné le nom d'eubiontes à ces formes plus avancées.

Expérience Miller et Urey

En 1953, après les postulats d’Oparin, les chercheurs Stanley L. Miller et Harold C. Urey ont mis au point une série d’expériences visant à vérifier la formation de composés organiques à partir de matériaux inorganiques simples.

Miller et Urey ont réussi à créer un plan expérimental simulant les environnements prébiotiques avec les conditions proposées par Oparin à petite échelle, en obtenant une série de composés tels que des acides aminés, des acides gras, de l'acide formique, de l'urée, etc.

Matériel génétique des protobiontes

Monde d'ARN

Selon l'hypothèse des biologistes moléculaires actuels, les protobiontes transportaient des molécules d'ARN, au lieu de molécules d'ADN, ce qui leur permettait de répliquer et de stocker des informations.

En plus d'avoir un rôle fondamental dans la synthèse des protéines, l'ARN peut également se comporter comme une enzyme et effectuer des réactions de catalyse. En raison de cette caractéristique, l'ARN est un candidat indiqué pour être le premier matériel génétique dans les protobiontes.

Les molécules d'ARN capables de réaliser la catalyse sont appelées ribozymes et peuvent faire des copies avec des séquences complémentaires de courtes séquences d'ARN et assurer la médiation du processus de épissage, en éliminant les sections de la séquence.

Un protobionte contenant une molécule d'ARN catalytique dans son intérieur différait de ses homologues dépourvus de cette molécule.

Si les protobiontes pouvaient croître, se diviser et transmettre l'ARN à leur progéniture, des processus de sélection naturels darwiniens pourraient être appliqués à ce système, et les protobiontes contenant des molécules d'ARN augmenteraient leur fréquence dans la population.

Bien que l’apparence de cette protobion puisse être très improbable, il est nécessaire de se rappeler que des millions de protobiontes auraient pu exister dans les masses d’eau de la terre primitive.

Apparence de l'ADN

L'ADN est une molécule double brin beaucoup plus stable, comparée à la molécule d'ARN, qui est fragile et se reproduit de manière imprécise. Cette propriété de précision en termes de réplication devenait plus nécessaire à mesure que la taille des génomes des protobiontes augmentait.

À l'université de Princeton, le chercheur Freeman Dyson propose que les molécules d'ADN soient des structures courtes, aidées dans leur réplication par des polymères d'acides aminés aléatoires ayant des propriétés catalytiques.

Cette réplication précoce pourrait se produire à l'intérieur de protobiontes qui avaient stocké de grandes quantités de monomères organiques.

Après l'apparition de la molécule d'ADN, l'ARN pourrait commencer à jouer son rôle actuel d'intermédiaire de la traduction, créant ainsi le "monde de l'ADN".

Références

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2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, B. E. (2003). Biologie: la vie sur terre. Pearson éducation.
3. Campbell, A. N. et Reece, J. B. (2005). Biologie Editorial Panamericana Medical.
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5. Schrum, J. P., Zhu, T. F. et Szostak, J. W. (2010). Les origines de la vie cellulaire. Les perspectives de Cold Spring Harbor en biologie, a002212.
6. Stano, P. et Mavelli, F. (2015). Protocells Modèles en origine de la vie et biologie synthétique. La vie, 5(4), 1700-1702.