21.9.16 Paris

J'allais le titrer périplasme prébiotique. C'est en effet une réflexion qui n'est pas aboutie, voir la note du 28.5.14 dans  concept global 2014, dans préparation.

Mais ma réflexion sur le périplasme a recommencée en association avec l'article "évolution de la membrane prébiotique" et la thermodynamique prébiotique. Dans le 1er je mets en avant les forces énormes de surface qui aboutissent aux pores du liposome et dans le second il me fallait décrire les créations de liaisons covalentes de thermodynamique classique, tout à fait au début avant que n’apparaissent les liaisons covalentes biotiques. Les liaisons covalentes classiques sont incompatibles avec le vivant et doivent être interdites ou combattues  par la suite. J'avais, dans chiralité prébiotique, proposé que c'était l'organisation et les forces surfaciques des feuillets internes avec leurs têtes COO− qui joueraient ce rôle en permettant la synthèse des têtes hydrophiles et des 1ers acides nucléiques à partir de la DHA-P et des bases nucléiques et les acides gras.

Il me semble maintenant que j'avais sous estimé l'importance de l'interface principale eau/huile qui serait à l'origine de la bicouche avec ses pores. En fait pour être complet il fallait tenir compte, en plus de l'interface principale, du mouvement des vésicules aqueuses dans l'huile vers cette surface. Ce mouvement est du à la gravitation et sa cinétique, très lente certes mais cette lenteur est nécessaire aux processus chimiques, apporte de l'énergie en plus de celle des forces de surfaces. La particularité de l'énergie gravitationnelle c'est qu'elle est directive et donne un mouvement d'ensemble à des groupes de molécules, ce que ne fait que très localement les contraintes dues aux forces électromagnétiques des surfaces (voir  "les mouvements d’ensemble" du 8.11.15 dans Thermodynamique prébiotique II 2015 ).

La gravitation dans ce cas devient une force organisatrice. Cette organisation va s'arrêter après le détachement du liposome de l'interface principale. Dans ma réflexion sur le périplasme je n'arrivais pas à détacher le liposome à cause de sa densité toujours plus faible que celle de l'eau. Avec le mouvement d'ensemble créé par la descente de la vésicule vers l'interface principale  la répulsion, entre les 2 surfaces ioniques des feuillets des 2 bicouches qui se rapprochent pour former le périplasme, peut être vaincue. Mais en plus toutes ces forces et ces mouvements vont créer des pores dans les 2 bicouches, y mettre des acides aminés pour accomplir le pore ou joindre les 2 bicouches à travers leurs pores avec un groupement d'aas. Dans ma réflexion de 2014 sur le périplasme, il m'était très difficile d'imaginer un tel avancement. Cela rejoint les formes topologiques que j'ai pu voir en mathématiques. Mais en plus il est fort possible que des protéines membranaires prébiotiques se soient formées: ce sera un groupement d'acides aminés bouchant un pore avec des ions métalliques emprisonnés par ces aas.

Il faut ajouter, que tant que le liposome en bicouche ne soit détaché de l'interface principale, les acides gras contenus dans la phase huile principale continuent de migrer vers le liposome pour l'agrandir ou tout simplement pour fabriquer les 2 bicouches. Mais en plus ils transportent des bases nucléiques et des hydroquinones ou leurs équivalents. Les bases ont, en effet, un indice d'hydrophobicité moyen et peuvent rester dans un feuillet, en même temps présentant leurs atomes polarisés( oxygène et azote) vers l'eau  et en même temps laisser leur cycle hydrophobe dans le feuillet. Elles se comportent comme les acides gras, mais sans la queue aliphatique.

Nous voyons ainsi qu'une organisation très complexe peut se mettre en place. Mais le plus important c'est qu'elle a un temps limité pour se faire et ceci arrive à point nommé puisque le liposome peut donner le 1er protobionte fonctionnel et autonome. Attention je dis fonctionnel, mais pas du tout comme une cellule: il peut, par le mouvement de ses têtes hydrophiles, les acides aminés et les ions qu'il contient, établir un courant d'où il prélèvera avec les forces faibles et les 1ères organisations des molécules qui lui donneront plus d'organisation. C'est ce principe, une organisation dynamique crée de plus en plus d'organisation, qui devrait remplacer le second principe de la thermodynamique classique qui fait intervenir l'entropie pour remplacer le manque d'information de l'homme.

Le protobionte ainsi formé a tout pour évoluer vers la cellule: il a 2 pôles d'évolution. Un pôle qui évolue vers une différence de potentiel électrique de plus en plus grande grâce aux protéines membranaires prébiotiques et la circulation des fluides. Ce pôle produira les 1ères liaisons covalentes biotiques (ATP). Le 2ème pôle est la cristallisation de plus en plus grande des acides nucléiques qui, d'après le principe précédent de l'organisation produisant de l'organisation, contraindra l'ensemble à une plus grande organisation. La grande similitude entre ARN et ADN fera que l'ARN jouera le rôle d'intermédiaire organisateur entre le tout et l'ADN. Les aas et les monomères d'ARN créeront alors la traduction et le métabolisme central.

25.9.16 Paris

La formation du périplasme comme décrit le 21.9.16 peut aussi être appliquée à la formation de la mitochondrie et et de la membrane nucléaire. Le noyau et la mitochondrie sont couverts tous les 2 par une double bicouche. Par contre la membrane des eucaryotes est une simple bicouche. La formation des membranes du noyau et de la mitochondrie serait due à un accident de la formation du périplasme qui se serait fragmenté en deux sphères qui se seraient recouverte par une dernière bicouche toujours avec les forces dynamiques décrites le 21.9.16. Une sphère aurait enveloppé le groupement des monomères d'ADN libres et des acides aminés libres constituant le nucléoïde primitif, l'autre sphère serait la double membrane avec un périplasme primitif.

Cette hypothèse serait la seule à expliquer l'origine de la membrane nucléaire. Je n'est pas encore trouvé dans la littérature une hypothèse de l'origine de la membrane nucléaire. Mon hypothèse permet en outre d'entrevoir une évolution concertée du noyau et de la mitochondrie. Car l'hypothèse du procaryote primitif qui aurait englober une bactérie en endosymbiose, pour donner une mitochondrie, est un peut simpliste et surtout floue. Et même si l'on admet cette origine pour la mitochondrie, on imagine mal comment une autre bactérie entrerait et engloberait l'ADN du procaryote qui aurait évolué vers l'ADN eucaryote, 2 ADNs aux fonctionnement tout à fait différents: organisation du chromosome (compactage par super-enroulement chez le procaryote et par les histones chez les eucaryotes)  et organisation des gènes en opérons chez les procaryotes et épissage d'un seul RNAm.

La ressemblance de la mitochondrie avec un procaryote serait en faite une évolution convergente, les 2 se trouvant dans un environnement identique. Dans cas un liposome primitif à une seule membrane, contenant un noyau primitif contraignant le périplasme de la mitochondrie primitive à produire son énergie. Dans le cas de l'endosymbiose, le noyau eucaryote réorganise le procaryote par le processus de la mutagenèse dirigée du contenu en GC (%GC).