Une étape clé dans l'apparition de la vie: L'activation des acides carboxyliques.

par Sparta Youssef Saliba

Projet de thèse en Chimie organique

Sous la direction de Yannick Vallée.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Chimie et Sciences du Vivant , en partenariat avec Département de Chimie Moléculaire (laboratoire) et de SERCO (equipe de recherche) depuis le 15-01-2019 .


  • Résumé

    La vie est apparue sur terre il y a environ 4 milliards d'années à partir de molécules organiques simples, les « briques du vivants », aminoacides, monosaccharides, nucléotides et acides gras. Une des questions les plus complexes qui se pose est la manière dont ces monomères ont pu se condenser pour donner d'abord des dimères, des oligomères puis de vrais polymères, analogues de molécules telles que les protéines et les acides nucléiques d'aujourd'hui. Par exemple, la condensation de deux aminoacides dans l'eau est une réaction défavorisée aussi bien du point de vue thermodynamique, que du point de vue cinétique, même si une fois qu'il est formé, l'hydrolyse du dipeptide obtenu est aussi une réaction lente (demi-vie de la liaison amide ~ 1000 ans dans l'eau neutre). Dans la biologie actuelle, les acides carboxyliques sont activés sous forme d'anhydrides mixtes carboxyliques-phosphoriques (grâce à l'ATP), d'esters (sur les ARNt) ou de thioesters (dans la synthèse des peptides non-ribosomaux). On trouve aussi des thioesters dans des cycles métaboliques comme le cycle de Krebs. L'acétyl-CoA est alors obtenu à partir du pyruvate. Nous examinerons diverses possibilités d'activation. 1. Catalyse organique Il s'agira d'imaginer des catalyseurs dont l'activité mimerait celle des triades catalytiques actuelles. Ces triades sont des sites actifs de protéines qui contiennent par exemple les résidus cystéine, histidine et aspartate, et qui sont fréquemment utilisées dans les cellules pour réaliser des réactions sur des fonctions dérivés d'acides (par exemple, des hydrolyses d'amide). 2. Catalyse par des complexes métalliques Il a été proposé que la fixation d'acides sur des surfaces solides (argiles, sulfures métalliques…)permettraient de les activer (catalyse hétérogène). Dans le cadre de cette thèse nous envisagerons des analogues en catalyse homogène de ces activations. 3. Nitriles Nous avons préalablement travaillé au laboratoire sur une possible phase préliminaire de la chimie prébiotique où, au lieu d'acides, des nitriles aurait été impliqués. Ces nitriles sont des précurseurs activés d'acides, et sont facilement obtenus par la réaction de Strecker. Nous examinerons la possibilité d'obtenir rapidement par cette voie des molécules que nous introduirons comme catalyseurs (éventuellement après complexation à un cation métallique)dans nos études des points 1 et 2.

  • Titre traduit

    Key step in the appearance of life: Activation of carboxylic acids.


  • Résumé

    Life appeared on Earth about 4 billion years ago from simple organic molecules, the "bricks of the living", amino acids, monosaccharides, nucleotides and fatty acids. One of the most complex questions that arises is the way in which these monomers could condense to give first dimers, oligomers and then real polymers, analogues of molecules such as proteins and nucleic acids of today . For example, the condensation of two amino acids in water is a disadvantageous reaction both thermodynamically and kinetically, although once formed, the hydrolysis of the resulting dipeptide is a slow reaction (half-life of the amide bond ~ 1000 years in neutral water). In present-day biology, the carboxylic acids are activated in the form of mixed carboxylic-phosphoric anhydrides (thanks to ATP), esters (on tRNAs) or thioesters (in the synthesis of non-ribosomal peptides). Thioesters are also found in metabolic cycles such as the Krebs cycle. Acetyl-CoA is then obtained from pyruvate. We will examine various activation possibilities. 1. Organic catalysis It will be a question of imagining catalysts whose activity would mimic that of the current catalytic triads. These triads are active sites of proteins which contain, for example, the cysteine, histidine and aspartate residues, and which are frequently used in cells to carry out reactions on acid-derived functions (for example, amide hydrolyses. 2. Catalysis by metal complexes It has been proposed that the fixation of acids on solid surfaces (clays, metallic sulphides, etc.) would make it possible to activate them (heterogeneous catalysis). In the framework of this thesis, we will consider analogues in homogeneous catalysis of these activations. 3. Nitriles We have previously worked in the laboratory on a possible preliminary phase of prebiotic chemistry where, instead of acids, nitriles would have been involved. These nitriles are activated precursors of acids, and are easily obtained by the Strecker reaction. We will examine the possibility of rapidly obtaining by this path molecules that we will introduce as catalysts (possibly after complexation to a metal cation) in our studies of points 1 and 2.