Chimie prébiotique : décarboxylation oxydative et cycle des acides tricarboxyliques inverse (rTCA)

Prebiotic chemistry : Oxidative decarboxylation and reverse tricarboxylic acid cycle (rTCA)

• Auteur / Autrice : Naoual Leqraa
• Direction : Yannick Vallée
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie biologie
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de chimie moléculaire (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Eric Saint-Aman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yannick Vallée, Kamila Muchowska, Yvain Nicolet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maguy Jaber, Grégoire Danger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme

Cycle de Krebs

Mots clés libres

Chimie prébiotique

Cycle des acides tricarboxyliques inverse

Proto-Métabolisme

Décarboxylation oxydative (TCA)

Cycle de Krebs

Acide pyruvique

Prebiotic chemistry

Reverse tricarboxylic acid cycle

Proto-Metabolism

Oxidative decarboxylation (TCA)

Krebs cycle

Pyruvic acid

Résumé

Sur la terre primitive, la vie aurait émergé il y a environ 3.8 milliard d’années. Comprendre comment cela a pu commencer est largement basé sur notre compréhension de l’origine du proto-métabolisme. Bien que l’hypothèse du monde d'ARN soit discutable sur certains points, en particulier la synthèse des macromolécules d’ARN, et leur stabilité dans l’environnement primitif, elle reste le scénario le mieux accepté par la communauté scientifique.D’un autre côté, l'hypothèse du métabolisme d'abord attire également un grand intérêt : elle reprend l’idée du plus simple vers le plus complexe qui concorde avec le principe de l’évolution. Dans cette thèse nous travaillons sur cette seconde hypothèse, pour mettre en évidence le début des processus chimiques aboutissant au métabolisme cellulaire actuel. Nous suggérons donc que des molécules organiques simples auraient pu interagir entre elles et avec les autres éléments du milieu primitif (les minéraux, gaz, et métaux …) pour donner un premier réseau de réactions, auto-catalytique et thermodynamiquement favorable, qui serait l’ancêtre du métabolisme d’aujourd’hui.Nous nous focalisons dans cette étude sur le cycle des acides tricarboxyliques (appelée aussi le cycle de Krebs) ainsi que sur son cycle inverse. Les deux ont un rôle central dans le métabolisme cellulaire des organismes autotrophes ou hétérotrophes. Le cycle de Krebs inverse en particuliers permet la fixation du CO2 pour produire de la matière organique, ce qui correspond à l’effet principal recherché pour un proto-métabolisme. Afin de prouver l’origine abiotique de ces cycles, nous avons mené une étude pour reproduire une partie du cycle de Krebs, la décarboxylation oxydative du pyruvate, ainsi qu’une version non-enzymatique du cycle de Krebs inverse.

On primitive earth, life probably emerged around 3.8 billion years ago. Understanding how it started is largely based on our understanding of the origin of proto-metabolism. Although the RNA world hypothesis is questionable on certain points, in particular the synthesis of RNA macromolecules, and their stability in the primitive environment, it remains the scenario best accepted by the scientific community.On the other hand, the metabolism first's hypothesis is also attracting great interest: it takes up the idea from the simplest to the most complex which accords with the principle of evolution. In this thesis we are working on this second hypothesis, to highlight the beginning of chemical processes leading to the current cellular metabolism. We, therefore, suggest that simple organic molecules could have interacted with each other and with the other elements of the primitive environment (minerals, gases, and metals ...) to give the first network of reactions, auto-catalytic and thermodynamically favorable, which would be the ancestor of today's metabolism.We focus in this study on the tricarboxylic acid cycle (also called the Krebs cycle) as well as on its reverse cycle. Both have a central role in the cellular metabolism of autotrophic or heterotrophic organisms. The reverse Krebs cycle, in particular, allows the fixation of CO2 to produce organic matter, which corresponds to the main effect sought for a proto-metabolism. To prove the abiotic origin of these cycles, we conducted a study to replicate part of the Krebs cycle, the oxidative decarboxylation of pyruvate, as well as a non-enzymatic version of the reverse Krebs cycle.Keywords : Prebiotic chemistry, Cycle des acids tricarboxyliques inverse, proto-métabolisme, oxidative decarboxylation (TCA), Krebs cycle et Pyruvic acid