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Discussion Recherche:Chiralité prébiotique

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Mekki-Berrada Abdelali

Suite de la réflexion sur la chiralité prébiotique

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Confirmation du L-Glycéraldéhyde dans le bras fixe

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28/04/2012
Le L-GA se fixe à 80% dans la membrane 1987 chez E.Coli[1]:.
Abstract:
When either 3H-labeled L-glyceraldehyde or 3H-labeled L-glyceraldehyde 3-phosphate (GAP) was added to cultures of Escherichia coli, the phosphoglycerides were labeled. More than 81% of the label appeared in the backbone of the phosphoglycerides. Chromatographic analyses of the labeled phosphoglycerides revealed that the label was normally distributed into phosphatidylethanolamine, phosphatidylglycerol, and cardiolipin. These results suggest that L-glyceraldehyde is phosphorylated and the resultant L-GAP is converted into sn-glycerol 3-phosphate (G3P) before being incorporated into the bacterial phosphoglycerides. Cell-free bacterial extracts catalyzed an NADPH-dependent reduction of L-GAP to sn-G3P. The partially purified enzyme was specific for L-GAP and recognized neither D-GAP nor dihydroxyacetone phosphate as a substrate. NADH could not replace NADPH as a coenzyme. The L-GAP:NADPH oxidoreductase had an apparent Km of 28 and 35 microM for L-GAP and NADPH, respectively. The enzyme was insensitive to sulfhydryl reagents and had a pH optimum of approximately 6.6. The phosphonic acid analog of GAP, 3-hydroxy-4-oxobutyl-1-phosphonate, was a substrate for the reductase, with an apparent Km of 280 microM.

Pyridoxal prébiotique

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16/02/2014
Obtention du pyridoxal à 110 °C dans des conditions prébiotique 1999[2].
Abstract:
Heating a dilute solution of NH3 and glycoaldehyde gives a large family of pyridines substituted with the same functional groups as occur in the forms of vitamin B6. Thus, vitamin B6-like molecules could have been present on the early Earth and could have been available for catalysis of primitive transamination reactions. Ethanolamine and N-methylethanolamine are also formed as major products. These are choline-like molecules, the latter of which is apparently formed by a prebiotic methylation process.

Chiralité du ribose en présence de LL-dipeptides

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07/05/2012
Glycolaldehyde + DL-glyceraldehyde en présence de LL-dipeptide donne un execès de D-ribose de 44%. Ceci en absence de liposome[3].
Abstract:
Glycolaldehyde and DL-glyceraldehyde reacted in a water-buffered solution under mildly acidic conditions and in the presence of chiral dipeptide catalysts produced pentose sugars whose configuration is affected by the chirality of the catalyst. The chiral effect was found to vary between catalysts and to be largest for di-valine. Lyxose, arabinose, ribose and xylose are formed in different amounts, whose relative proportions do not change significantly with the varying of conditions. With LL-peptide catalysts, ribose was the only pentose sugar to have a significant D-enantiomeric excess (ee) (≤44%), lyxose displayed an L-ee of ≤66%, arabinose a smaller L-ee of ≤8%, and xylose was about racemic. These data expand our previous findings for tetrose sugars and further substantiate the suggestion that interactions between simple molecules of prebiotic relevance on the early Earth might have included the transfer of chiral asymmetry and advanced molecular evolution.

Synthèse de polyglycine en présence de liposome

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07/05/2012
Dans les conditions hydrothermales et non de la poche de pétrole prébiotique[4].
Abstract:
Oligomerization of amino acids proceeded on or inside lipid vesicles as a model of prebiotic cells in a simulated hydrothermal environment. When the suspension of lipid vesicles taking up monomeric glycine underwent a sudden temperature drop by traversing from a hot (180◦C) to a cold (0◦C) region repeatedly while circulating through a closed reaction circuit, oligopeptides up to heptaglycine were formed even in the absence of condensing agents.

Infirmation de la chiralité prébiotique?

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29/04/2013
J'entends par là une infirmation de la réflexion que j’ai menée dans cet article, par l’article qui suit de Shimada H et Yamagishi A (2011). Il n'en est rien puisque je sépare dans ma réflexion le rôle de la chiralité du bras portant l'amine de la chiralité du glycérophosphate. Cependant dans l’article qui suit les auteurs ne considèrent que la stabilité des 2 phospholipides mis côte à côte. Qu'en est-il du comportement des acides aminés et des protéines insérées dans ces liposomes? Et même, au point de vue énergétique, il est tout à fait évident que les 2 queues aliphatiques, archée et bactérie, sont différentes. Et donc l'une des 2 supplantera l'autre. Peut-on, comme je le souligne dans ma réflexion, mettre un seul type de queue et une hétérochiralité du glycérolphosphate? J’ai répondu que non puisque la chiralité de ce dernier doit être adaptée à la queue aliphatique comme je l'explique précisément.
Abstract
Stability of heterochiral hybrid membrane made of bacterial sn-G3P lipids and archaeal sn-G1P lipids[5].
The structure of membrane lipids in Archaea is different from those of Bacteria and Eucarya in many ways including the chirality of the glycerol backbone. Until now, heterochiral membranes were believed to be unstable; thus, no cellular organism could have existed before the separation of the groups of life. In this study, we tested the formation of heterochiral hybrid membrane made of Bacterial sn-glycerol-3-phosphate-type polar lipid and Archaeal sn-glycerol-1-phosphate-type polar lipid using the fluorescence probe. The stability of the hybrid liposomes made of phosphatidylethanolamines or phosphatidylcholines or polar lipids of thermophilic Bacteria and polar lipids of Archaea were investigated. The hybrid liposomes are all stable compared with homochiral liposome made of dimyristoylphosphatidylethanolamine and dipalmitoylphosphatidylcholine. However, the stability was drastically changed with increasing carbon chain length. Accordingly, "chirality" may not be but chain length is important. From these results, we suggest that the heterochiral hybrid membrane could be used as the membrane lipid for the last universal common ancestor (Commonote) before the emergence of Archaea and Bacteria.

Chimio-dynamique prébiotique

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28/04/2012
Préparation de l’article du même titre. Il concernera l'étude de l’ensemble des processus mécaniques et dynamiques engendrés par les réactions chimiques dans et sur la paroi des liposomes analogues à la cohésion mécanique étudiée dans la chiralité prébiotique.

  • Fonction mécanique des enzymes et des protéines en générale:
  1. ATPase est l'exemple phare. Il faut que j'étudie ici,
  2. Les estérases et les hydrolases qui souvent sont unidirectionnelles alors que la réaction thermodynamique est réversible (dans les 2 sens). L'enzyme agit en plus de son rôle catalytique, un rôle mécanique en attirant par son volume électromagnétique le substrat et non le produit. On peut deviner l'évolution qui suivra, c'est-à-dire le contrôle de l'enzyme par des peptides ou des métabolites.
  3. Les oxydo-réductases ou les isomérases qui se font souvent dans les 2 sens. Comme si ces catalyses demandent un positionnement très précis des substrats pour faire intervenir des processus quantiques qui sont eux, réversibles. Cette précision correspond au niveau élevé du potentiel énergétique de ces réactions. Cette réversibilité quantique est très intéressante pour la réactivité de la cellule aux actions du milieu environnant, car elle est quasi instantanée par rapport aux processus thermodynamiques. Dans cet esprit il serait intéressant d'étudier la réduction nucléotides en désoyxnucléotides (dATP).
  4. Les métaux de transitions, mais aussi le phosphore, avec leurs nombreux électrons internes structurent leur voisinage spatial électro-magnétique immédiat. Ils sont les initiateurs des mécanismes quantiques. N'oublions pas que, dans notre hypothèse de la poche de pétrole prébiotique, ce dernier est catalysé par les surfaces de ces métaux. Ils seraient d’après moi à l'origine de l'organisation des acides aminés autour d'eux pour former plus tard les enzymes d'oxydo-réduction. Le Mo le plus lourd intervient dans les nitrogénases.
  5. L'initialisation du métabolisme sur et dans la paroi interne du liposome: continuer le scénario de l'initialisation du métabolisme entamé dans la chiralité prébiotique. Notamment l'incorporation de nouveaux acides gras dans le liposome et sa fission en 2, la nucléation sur la paroi interne de nucléotides, de désoxynucléotides et des acides aminés pour évoluer en enzymes, ribosomes et polymérases de transcription et de réplication.
  • L'organisation de la cellule est dynamique et non structurale comme celle du cristal.

La pression hydrostatique

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14/05/12
Est-ce que la bicouche lipidique protège l'intérieur de la bactérie de la pression hydrostatique? A-t-on mesuré la pression hydrostatique dans le cytoplasme?
Ces questions sont intéressantes pour le principe de la cohésion mécanique des phospholipides car elles apporteraient 2 confirmations essentielles:

  1. La cohésion mécanique est une réaction à la pression hydrostatique pour laisser passer les molécules hydrophiles vers l'intérieur des vésicules aqueuses de la phase huile: agrandissement de la vésicule.
  2. Le rapprochement des 2 feuillets du liposome de la phase aqueuse, grâce à la cohésion mécanique, lui permet de résister à la pression hydrostatique et par là la pression dans le cytoplasme est inférieure à celle de l'extérieur. Ce qui différencie la chimie interne de celle de l'extérieur.

La pression hydrostatique peut être donc à l'origine de la mise en place de la cohésion mécanique et de là de la chiralité du vivant, comme on l'a démontré dans l'article. Cela renforcerait l'hypothèse de l'origine de la vie dans les gisements de pétrole prébiotique (la poche de pétrole) et pousserait à faire des expériences à partir de pétrole abiotique.

Notes sur les molécules du liposome

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18/5/13
Ces notes concernent les propriétés des molécules du liposome, c.a.d des PLDs.

  1. Pérennité du phosphate par rapport notamment aux sulfates: Le phosphore est quasi exclusivement sous forme de phosphate dans le monde minéral ou biologique. Les espèces chimiques du soufre ou de l'arsenic sont nombreuses et présentes dans des proportions relativement égales.
  2. Simplicité des molécules organiques des PLDs: Glycérol, éthanolamine, sérine ...
  3. Multipotence des éléments P et N: Notamment la possibilité de -NH3+ d'adopter les 2 positions du parapluie ouvert/fermé (référence à retrouver). C'est ce qui permet à l'éthanolamine de se positionner correctement pour la chiralité.
  4. Mobilité et souplesse des PLDs: Le vivant ne favorise jamais la cristallisation ( ordre complet ) qui est sa mort: c’est le cas des têtes hydrophiles. Le phosphatidylglycérol généralisé dans le liposome créerait un ordre parfait par des liaisons hydrogènes ( Simulation Amber, retrouver les références ). De même que la phosphatidylcholine avec les liaisons ioniques phosphate-choline entre 2 PLDs. L'éthanolamine est la plus dynamique. La sérine ( et la choline ) introduit les autres aas dans le réseau chimique du liposome.
  5. Échange dirigé chimiquement avec l'extérieur: sérine, la tête zwitterion des aas, éthanolamine, choline constituent l'ancrage des peptides dans la membrane.

Le dipôle électrique d'un phospholipide

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29/04/2013
Je n'ai pas considéré les forces électriques dans mon article sur la chiralité prébiotique. Dans les premières lectures d’articles sur ce sujet, j’ai cru comprendre que les 2 dipôles des 2 surfaces de la membrane dirigés vers l'intérieur de celle-ci suffiraient à maintenir sa cohésion mécanique. Cependant les dipôles des molécules d'eau et l’interaction des têtes entre elles devraient changer la donne. Aussi le champs de la recherche dans ce domaine a été très développé ces dernières années dans un but bien déterminé, celui du passage des molécules à travers la membrane (pharmacopée). Il faut bien sûr ne retenir de ces études que ce qui concerne la chiralité prébiotique. (répertoire PLD-dipole).

Intensité du dipôle dans la membrane

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29/04/2013
Revue de 2012[6].

Angle de la tête hydrophile avec la surface de la membrane

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29/04/2013
Les têtes hydrophiles sont parallèles à la surface de la membrane.
Mesures par NMR, article de 1996[7]
Simulation numérique, article de 1994[8]. (répertoire tete-angle-droit).

Interpénétration des queues des 2 feuillets de la membrane

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29/04/2013
Si la force des dipôles était le facteur de cohésion le plus important de la membrane pourquoi les 2 queues hydrophobes, face à face, ne s'interpénètrent-elles pas? Comme dans une phase huileuse? Est-ce la répulsion électrique des 2 têtes hydrophiles qui les fait écarter? À ce moment le fait de représenter les 2 queues séparées laisse penser qu’il y a équilibre et que donc cet équilibre peut être rompu, d'où que l'hypothèse de la chiralité prébiotique (dans l'article) reste pertinente.
Un autre intérêt pour que les 2 queues ne s'interpénètrent pas, c’est que les 2 feuillets peuvent glisser l'un par rapport à l'autre. Ce qui constitue un autre obstacle à la diffusion des molécules à travers la membrane.
Maintenant si on fait intervenir la pression hydrostatique (voir paragraphe précédent) on s'attendrait à ce que les queues s'interpénètrent. Mais tel n’est pas le cas. À 500 bars, chez les procaryotes, les queues restent séparées et même s'allongent comme pour lutter contre le rapprochement des 2 têtes hydrophiles: Avec mes estimations d’après la figure 1-2 de la thèse de Badr al Ali[9], les lipides les plus longs passent de 4 à 39 % du total, alors que les insaturés ne passent que de 71 à 84 %.

Le mouvement rotatoire d'un phospholipide dans la membrane

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29/04/2013
Les mouvements de diffusion et de rotation sont très rapides dans la membrane: "La rotation axiale est très rapide, elle s'effectue avec une fréquence de l’ordre de 109 à 1010 Hz pour des lipides courants. La diffusion latérale est très libre également, les coefficients de diffusion mesurés étant généralement de l’ordre de 10-2 et 10-9 cm2.s-1, ce qui correspond à une fréquence d'échange des positions de 106 fois par seconde en moyenne."[10]
Bizarrement les rotations sont données en Hz et non en tours par seconde, ce qui correspond au même, mais en Hz on n’est pas obligé d'indiquer le sens. Ne serait-pas une vibration?
Espace Science[11] (1.4 Fluidité de la membrane) représente schématiquement la rotation axiale avec une flèche anti-horaire contrairement à ce que j'avance dans cet article!! Intéressant, ce site montre par contre les mouvements des queues parafiniques et le rôle du cholestérol dans ces mouvements: mouvements contraints et mouvements libres.

Panthetéine prébiotique

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21.11.14
A. D. KEEFE, G. L. NEWTON et S. L. MILLER (1995). A possible prebiotic synthesis of pantetheine, a precursor of coenzyme A. Nature, 373, 683-685. Brian K. Davis: Molecular evolution before the origin of species. Prog Biophys Mol Biol. 2002 May-Jul;79(1-3):77-133.

Directions de EC 2.4.2.1

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15.12.14
[12] Lien qui confirme les 2 directions de la réaction dans KEGG. Il y a bien formation de Deoxyguanosine à partir de guanine et de deoxyribose-Phosphate. Lien vers KEGG[13]; lien vers ExPASy[14]; lien vers IntEnz[15]. Confirmation valable 2-deoxy-N-D-ribosylpurine et N-D-ribosylpurine.
Pour les pyrimidines:
EC 2.4.2.2 dans IntEnz[16] confirme dans les 2 sens:thymidine, 2'-deoxyuridine et uridine.

ATTENTION
Qu'il y ait 1 sens ou 2 dans KEGG, dans RHEA il y a souvent les 2 réactions avec APPROVED. Dans le cas de EC 3.6.1.12 qui est une hydrolyse, 1 sens pour KEGG mais 2 pour RHEA. Dans le cas de EC 3.1.3.5 qui est une hydrolyse aussi il n'y pas de RHEA et IntEnz met le signe égal =.

REctificatifs:
C'est dans cross-reference de RHEA qu’il faut chercher. Dans RHEA chaque direction a un numéro avec ses références. Exemple EC 3.4.4.5, la référence EcoCyc[17] donne une seule direction comme KEGG. De même pour EC 3.6.1.12[18] 1 sens comme KEGG. Pour EC 2.4.2.2 EcoCyc[19] met 2 sens comme KEGG et même il note "The reaction is reversible". Pour EC 2.4.2.1 EcoCyc[20] les 2 sens pour ribose et desoxyribose comme KEGG.
Deoxycytidine
Dans KEGG 3 bases canoniques peuvent donner réversiblement le deoxyoside correspondant: EC2421 pour A et G, EC2422 pour U et EC2426 pour T. Sauf C qui n’est pas mentionnée. Après lecture de l’article fondateur de EC2426 (1958)[21], la cytosine est 2 fois plus active que U ou T. EC2426 transfert le deoxyribose d'un N-deoxyribose (purine ou pyrimidine) à A G U C T ainsi que d'autres bases non canoniques.

Ainsi l'hypothèse de la formation des d-nucléosides dans le protométabolisme, à partir d'une base et du deoxyribose, peut être étendue à toutes les bases canoniques et même pour d'autres.

EC 2.7.7.41

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18.05.15
La[22] référence 8 pour le chapitre 5.2.2 concernant le rapport dCTP/CTP est rapportée dans la base de donnée EcoCyc[23] qui indique que, en tout cas pour E.Coli, EC 2.7.7.41 est réversible. Il faut étudier toutes les références citées par l'entrée d'EcoCyc, notamment les autres nucléotides ne sont pas utilisés par l'enzyme.

Questions et critiques des collaborateurs

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Réponses aux collaborateurs

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Références

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  1. ↑ M K Kalyananda, R Engel and B E Tropp Metabolism of L-glyceraldehyde 3-phosphate in Escherichia coli. J. Bacteriol. June 1987 vol. 169 no. 6 2488-2493. [1]
  2. ↑ Austin SM, Waddell TG.: Prebiotic Synthesis of Vitamin B6-type Compounds. Origins of life and evolution of the biosphere May 1999, Volume 29, Issue 3, pp 287-296 introduction
  3. ↑ Sandra Pizzarello & Arthur L. Weber: Stereoselective Syntheses of Pentose Sugars Under Realistic Prebiotic Conditions; Orig Life Evol Biosph (2010) 40:3–10; DOI 10.1007/s11084-009-9178-1
  4. ↑ HIDEAKI TSUKAHARA, EI-ICHI IMAI, HAJIME HONDA, KUNIYUKI HATORI and KOICHIRO MATSUNO: PREBIOTIC OLIGOMERIZATION ON OR INSIDE LIPID VESICLES IN HYDROTHERMAL ENVIRONMENTS; Origins of Life and Evolution of the Biosphere 32: 13–21, 2002.
  5. ↑ Stability of heterochiral hybrid membrane made of bacterial sn-G3P lipids and archaeal sn-G1P lipids. Shimada H, Yamagishi A. Biochemistry. 2011 May 17;50(19):4114-20. Epub 2011 Apr 20.
  6. ↑ Measurements and Implications of the Membrane Dipole Potential. Liguo Wang dans Annu. Rev. Biochem. 2012. 81:615–35
  7. ↑ Conformational Constraints on the Headgroup and sn-2 Chain of Bilayer DMPC from NMR Dipolar Couplings. M. Hong, K. Schmidt-Rohr, H. Zimmermann dans Biochemistry 1996, 35, 8335-8341
  8. ↑ Head Group and Chain Behavior in Biological Membranes:A Molecular Dynamics Computer Simulation. Alan J. Robinson, W. Graham Richards, Pamela J. Thomas and Michael M. Hann. Biophysical Journal Volume 67 December 1994 2345-2354
  9. ↑ Thèse:Effet de la pression hydrostatique sur la distribution et l’activité (bioluminescence, dégradation de la matière organique) de différents micro-organismes marins. Badr al Ali. UNIVERSITE DE LA MEDITERRANEE Aix- Marseille II, Centre d’Océanologie de Marseille, Observatoire des Sciences de l’Univers. Janvier 2010. page 9.
  10. ↑ Les liaisons intermoléculaires, les forces en jeux dans la matière condensée. Alain Gerschel, InterÉditions et CNRS Éditions, Savoirs actuels, 1995. page 57.
  11. ↑ http://www.espacesciences.com/BioMb/topo/cadretopo.htm
  12. ↑ http://www.ebi.ac.uk/rhea/reaction.xhtml?id=36434
  13. ↑ http://www.genome.jp/kegg-bin/show_pathway?map=map00230&show_description=show
  14. ↑ http://enzyme.expasy.org/EC/2.4.2.1
  15. ↑ http://www.ebi.ac.uk/intenz/query?cmd=SearchEC&ec=2.4.2.1
  16. ↑ http://www.ebi.ac.uk/intenz/query?cmd=SearchEC&ec=2.4.2.2
  17. ↑ http://biocyc.org/ECOLI/NEW-IMAGE?type=REACTION&object=CYTIDEAM2-RXN
  18. ↑ http://biocyc.org/ECOLI/NEW-IMAGE?type=REACTION&object=DCTP-PYROPHOSPHATASE-RXN
  19. ↑ http://biocyc.org/ECOLI/NEW-IMAGE?type=EC-NUMBER&object=EC-2.4.2.2
  20. ↑ http://biocyc.org/ECOLI/NEW-IMAGE?type=REACTION&object=PNP-RXN
  21. ↑ http://www.jbc.org/content/233/2/261.full.pdf
  22. ↑ https://fr.wikiversity.org/wiki/Recherche:Chiralité_prébiotique#cite_ref-vance_8-0
  23. ↑ http://biocyc.org/ECOLI/NEW-IMAGE?object=CDPDIGLYSYN-MONOMER
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