18.8.14  Paris

Article chiralité: 

• Mobilité des PLDs
• Recherche sur la pression hydrostatique à l'intérieur du liposome, son action sur la formation et les propriétés du liposome pour élucider la communication entre intérieur et extérieur (pb posé par article chimio-osmose).

Postulat du pétrole prébiotique: pression hydrostatique élevée et surfaces minérales.

===>   D'où le concept de contrainte/liberté et le concept global de continuité (ressemblance, les propriétés communes entre minéral et vivant au lieu de ce qui distingue le vivant). Ressemblance:

• Avec constance/variabilité de l'évolution darwinienne (propriétés communes);
• Auto-organisation des PLDs en liposome d'où le concept d'organisation
  • d'une molécule ou d'un atome,
  • organisation des surfaces minérales d'où le concept de production (soupe prébiotique)
• Communication entre intérieur et extérieur du liposome m'a posé problème. La recherche et la réflexion m'ont conduit à proposer les concepts suivants:
  • Circulation: les études des milieux condensés (liquides) pour élucider le problème du concept action/réaction, ce qui m'a conduit au concept de circulation des ions hydratés;
  • La membrane prébiotique: La formation du liposome soumis aux forces surfaciques produit des liposomes avec des pores quand les PLDs sont hétérogènes;
  • L'organisation dynamique avec le "potentiel électrochimique":
    • Il n'y a aucune production aléatoire (liaisons covalentes),
    • tout est dirigé par les forces physiques (union des forces faibles). Hiérarchie des  forces:
      • gravitation (pression hydrostatique),
      • forces de Van der Walls,
      • forces d'hydratation ( de polarisation des dipôles),
      • forces ioniques,
      • les liaisons hydrogène.
    • toute liaison covalente, en dehors de ces forces, devient un obstacle à l'évolution moléculaire,
    • Les liaisons covalentes produites par cette organisation dynamique ne peuvent être en 2 dimensions car il y aurait un blocage comme dans le cas des réseaux réticulaires. D'où la formation des aas et ans en chaîne. Hiérarchie des liaisons covalentes:
      • anhydride
      • ester
      • amide
• Le concept de compatibilité entre aas,
• inactivité des radicaux des aas, 
• activité intra-moléculaire: intéines et ARNs;
• L'aromaticité de l'ADN ou mer d'électrons

A voir aussi

• L'hydratation,
• Le comportement des zwitterions
• L'évolution par morceaux

Comment est-on passé du spontané à l'enzymatique?

• Effet de surface ionique ==> estérification qui ne se reproduit plus;
• Élimination de l'hydratation mobile qui déplace  les équilibres comme les enzymes;
• Passage par le P grâce aux têtes hydrophiles =
  • va avec dé-hydratation
  • mais comment se fait l'estérification du bras mobile?
  • synergie cohésion, dé-hydratation et estérification.
• Évolution des canaux ioniques et des aquaporines (dé-hydratation).

 

19.8.14  Paris

Le plan c'est bien

• Introduction aux milieux condensés. Les phases.
• Contrainte/liberté, équivalent à, gravitation, production chimique.
• Organisation: sans formation des liposomes; principe d'organisateur. Équivalent à forces électro-magnétiques (surtout électrique, forces faibles) + force nucléaire.
• Action/réaction: évolution dynamique.

20.8.14  Paris

La gestion des forces en présence:

• Potentiel électrique:
  • Cations
  • H+
• Hydratation: liaisons hydrogène avec 3 synergies:
  1. Estérification, production de H2O éliminé par mouvement des Na+, d'où
  2. Augmentation des K+ qui conviennent aux NH2 et P, d'où
  3. Augmentation de la cohésion mécanique, d'où séquestration des aas et catalyse des estérifications.
• Liaisons hydrogène entre aas d'où formation des aquaporines, des canaux et leurs évolutions.
• Problème: perte des H+, d'où nécessité d'une double membrane qui seraient produites par rapprochement de 2 liposomes ( à mettre pour le 25.8.14 pontage par les divalents, Mg++, surtout les liposomes sont plus légers que l'eau, 20%, et se collent aux lipides de la phase principale et seront enveloppés par un liposome en formation).
• Quand les enzymes ou groupements d'aas entrent en jeu dans l'estérification, ils masqueront les estérifications spontanées d'autant plus que les bras fixes des têtes hydrophiles ne laisseront plus de carboxyles libres.
• L'hydrolyse peut utiliser les H2O adsorbés ce qui renforce encore le déplacement des équilibres vers l'estérification.
• Les réactions de transfert utilisant des molécules semblables à l'eau ( CoA, ATP....) peuvent localiser ( vers la membrane proche des aquaporines) les estérifications qui produisent H2O ==> régénération de l'ATP par les systèmes énergétiques membranaires.
• Qu'est-ce qui contraint à l'apparition de ces molécules, les coenzymes? Est-ce les groupements d'aas?
• Il y a une dissymétrie entre hydrolyse et estérification dans le biotique. L'estérification des ADP+P ( liaison anhydride équivalente à liaison ester) sont le fait d'une seule réaction, alors que l'hydrolyse concerne de nombreuses réactions.

21.8.14 Paris

• Contrainte/liberté: gravitation ==> liaisons covalentes, soupe prébiotique;
• Organisation: hydropathie, forces de V.der.Walls ==> formation du liposme; plus force nucléaire ==> organisateurs;
• Les charges mobiles: H+ , e-, forces ioniques, liaisons hydrogènes, + zwitterions + P + S ( et NH2 ?);
• La mer d'électrons: aromaticité; peut exister dans le monde minéral, mais c'est propre au vivant.

22.8.14 Paris

• Circulation ( transfert d'ordre par rapport au 2ème principe de thermodynamique ), remplace le concept de charges mobiles du 21.8.
• Réaction métabolique: toute réaction du métabolisme n'est pas spontanée ( sauf intra-moléculaire ) et est provoquée par l'union des forces faibles.
• La disparition de H2O libre est le moteur de l'établissement du métabolisme.
  • Les molécules phosphorylées contiendront de + en + d'énergie par transfert, parce qu'il y a manque d'eau qui pousse à l'estérification ( production de H2O).
  • Les groupements d'aas stabilisés par la membrane, et les futurs enzymes vont stabiliser ces molécules énergétiques et contrôler leur hydrolyse ou leur transfert dans une direction donnée ( réaction irréversible ) justement parce qu'elles sont énergétiques. C'est la réaction qui est à l'origine du contrôle et non l'enzyme.
  • La de-hydratation ( disparition des H2O libres ) serait attestée par la ségrégation Na/K et les aquaporines.
  • Si la ségrégation Na/K et la fixation des têtes hydrophiles ( estérifications qui ne seront plus possible après, parce que la membrane étant totalement estérifiée, les acides gras ne seront plus accessibles aux réactions spontanées ) sont le fruit du confinement spatiale, alors nous pouvons dire que c'est le liposome qui est directement responsable de l'initialisation du métabolisme réel ( et non hypothétique comme dans l'article sur la chiralité ) puisque le confinement est le résultat direct de la formation du liposome.
  • Il n'y a pas que la de-hydratation qui est à l'origine de ce processus, mais tous ceux provoqués par l'organisation du liposome ( structure et circulation) tels que l'union des forces faibles, la chélation par les cations (Mg++,ATP) et peut être la catalyse par les anions des surfaces polyanioniques ( CO2-, PO4--).
  • Une fois les molécules à hautes énergies produites et que les réactions sont catalysées par les enzymes, les vitesses sont telles que les réactions intermédiaires disparaissent avec leurs molécules ou bien elles pré-existent dans le métabolisme avec d'autres substrats et dATP in vivo.
  • Il y a séparation entre hydrolyse et estérification. L'hydrolyse se fait avec H2O et l'estérification par transfert de P. Ce qui va dans le même sens puisque par manque de H2O libre l'hydrolyse se fait avec le H2O adsorbé par les surfaces et les futurs enzymes, et le transfert de P peut se faire sans produire de H2O. Ce qui accentue la de-hydratation.

25.8.14 Paris

Formation des liposomes avec un périplasme.

   Dans le système énergétique membranaire le périplasme joue un rôle primordial en stockant, tout en empêchant leur diffusion dans le milieu extérieur, les cations nécessaires à l'établissement du potentiel électrique. Il protège aussi les protéines membranaires dont une de leur partie est exposée à l'extérieur.

   Certaines expériences ont montré que l'enlèvement de la paroi bactérienne n'affecte pas leur croissance. Cependant ces expériences n'ont pas mesuré s'il y avait une diminution du rendement énergétique et de toute façon il est évident qu'à long terme les protéines perdront de leur efficacité puisqu'elles subiront les attaques chimiques du milieu extérieur.

  De point de vue évolutif (évolution moléculaire), par contre, le périplasme présente toujours les mêmes avantages alors qu'en absence d'une structure protéique cohérente l'établissement du potentiel électrique ne peut être que sporadique, désordonné et très faible. Sans périplasme l'évolution moléculaire serait très lente. En tout cas même si on suppose qu'une paroi protéique puisse jouer le même rôle que le périplasme (cas des gram+), il faudrait attendre l'évolution de celle-ci alors que la mise en place d'un périplasme est aussi simple que la formation d'un liposome comme je vais essayer de le montrer ci-dessous.

  J'ai imaginé 2 processus qui puissent faire englober un liposome par un autre. Ils sont basés sur le processus de formation du liposome que j'ai étudié dans les articles "Pétrole prébiotique" et "Évolution de la membrane prébiotique":

• Le premier processus serait une accumulation importante de liposomes dans la phase eau principale, de telle sorte qu'ils puissent s'accoler grâce aux pontages par des cations divalents (thèse 2005 Marc Michel page 20:  FONCTIONNALISATION DE FILMS MULTICOUCHES DE POLYÉLECTROLYTES AVEC DES LIPOSOMES ENFOUIS : CRÉATION DE RÉACTEURS IMMOBILISÉS.). Et étant donné que tous ont des pores plus ou moins grands  et qu'ils sont donc plus ou moins fragiles, le plus solide pourrait être englobé par le plus fragile en entrant par un pore.
• Le 2ème processus se produirait pendant la formation du liposome même alors qu'il subit les forces surfaciques de l'interface principale eau/huile qui le fragilisent.
     L'idée c'est qu'un liposome de la phase eau principale, que j'appelle le vieux liposome, soit ponté à l'interface principale au même endroit que le liposome en formation. Quand le futur feuillet externe se déchire du côté de la phase huile principale et se réarrange, il se fragilise aussi du côté opposé où est ponté le vieux liposome. Celui-ci peut le déchirer et déchirer aussi le futur feuillet interne du liposome en formation. Le vieux liposome peut alors pénétrer et les 2 feuillets l'englobant peuvent se réarranger et se souder.
  

  Le 2ème processus devrait se produire dès la formation des 1ers liposomes. En effet un liposome est moins dense que l'eau (j'ai calculé qu'un phospholipide a une masse volumique de 0.8), donc il doit subir la poussée d'Archimède et aurait tendance à se coller à l'interface principale eau/huile. La différence de densité peut être très faible si le rayon du liposome est assez grand par rapport à l'épaisseur de la membrane qui est de l'ordre de 5 nm (thèse 2005 Marc Michel page 22). La taille du liposome décide alors de sa formation ou non et de ses propriétés, poussée d'Archimède et fragilité.

• Si le rayon est petit, le futur liposome sera peu dense et aura du mal à traverser l'interface contré par la poussée d'Archimède qui s'agrandit au fur et à mesure que le liposome pénètre dans l'eau.
• Si le rayon est grand, le futur liposome pourra traverser l'interface eau/huile, mais sa membrane sera fragilisée par des pores, et il sera plus dense et ne s'accolera pas à l'interface principale, aidé par les mouvements browniens qui s'opposent alors à la poussée d'Archimède puisque la densité s'affaiblit.
• Il doit exister une fourchette pour la taille du liposome où puissent se former des liposomes plus ou moins fragiles et se pontant à l'interface principale, permettant le déroulement du 2ème processus décrit pour la formation du périplasme.

08/09/14

2. Les réflexions après la soumission de mes travaux au OQOL2014 (liens pour travaux et OQOL)

• Le concept global sur la recherche sur l'origine de la vie (liens ici)
• Les forces fondamentales (lien ici)
• Le périplasme et l'interface eau/huile (lien vers concept global): poussée d'Archimède)
• Les hydrolyses et suite du métabolisme (liens vers travaux OQOL et concept global)

Patrice Coll, Wolfshoon, Murakami, Baigl, poster sur les évents, poster sur formation des liposomes

notes sur le livre de C. de Duve: singularités.

13/09/14

Association jussieu: la paillasse, voir talks ou mail Myriam

Baigl: bib jussieu pour ses travaux

 15/09/14

• La chiralité des sucres doit se référer à l'alcool terminal qui porte le P dans le métabolisme dans 99% des cas. C'est le P qui est acteur vis à vis des enzymes. Du coup cette tête est l'équivalente de la tête des aas, le OH voisin est porté par un carbone en position alpha par rapport à O qui porte le P. C'est cette tête là qui porte la grande réactivité des ARNs, alors que ce n'est plus le cas pour les ADNs. La fonction aldéhyde ou acide (glycérate) est rarement libre, elle est souvent dévoilée puisque les sucres sont souvent sous forme cyclique utilisant la fonction aldéhyde pour se faire. Quant au glycérol, il n'acquiert un carbone asymétrique qu'en liaison avec P.
  Alors que dans "chiralité prébiotique" j'ai déduit l'homochiralité des sucres du fait de la disparition du L-glycéraldéhyde, utilisé pour les têtes hydrophiles, ici la chiralité des sucres devient une contrainte imposée par les acides aminés pour agir avec un sucre de même chiralité qu'eux. Car on pourrait dire que la présence du D-glycéraldéhyde n'est pas obligatoirement nécessité.
  Cette contrainte scelle désormais l'antériorité des bactéries par rapport aux archées.
  
• L'informatique biologique: évolution séquentielle(évolution moléculaire) et évolution à accès direct (ADN, évolution darwinienne) sont les équivalents de l'organisation séquentielle et à accès direct en informatique. Ceci concerne l'organisation des données. En évolution séquentielle (évolution moléculaire) la donnée porte en elle les fonctions réactives (physiques et chimiques) qui sont les équivalentes des fonctions électroniques en informatique technique. Ceci est nécessaire car on est dans un liquide et non un solide comme en électronique.
  C'est au niveau architecture que l'informatique biologique devient intéressante avec le modèle objet: relation (interaction) entre objets (macromolécules), objet qui a ses propriétés et un programme à exécuter (structure de la molécule, ses propriétés physiques et ses fonction chimiques). Les objets vont évoluer avec le temps en complexité mais gardant les comportements de départ. En biologie, dès le début les relations entre protéines, ARN, ADN et membrane vont être les mêmes, seule la complexité augmente(la longueur change). La relation la plus importante serait la modification jusqu'à la destruction entre ces macromolécules. L'ADN échappe à la destruction par sa structure et réagit à toute attaque par une réparation parce qu'elle porte en elle une force physique exceptionnelle qui est l'aromaticité. L'aromaticité rassemble une mer d'électrons, elle est structurée et peut agir à distance le long de son squelette. Les séquences des bases doivent créer des harmonies avec des amplitudes plus ou moins grandes qui créent des forces plus ou moins grandes.
  Avec le principe " de haut en bas" de la recherche sur les origines de la vie, la réduction de plus en plus de la complexité, ou diminution de la taille des macromolécules, c'est l'ADN qui paraîtrait la première et pourrait s'agrandir sans fin parce qu'elle se protège et à une certaine longueur peut provoquer sa réparation. Pour échapper à la destruction les peptides vont se différencier en prédateurs et victimes, d'autres vont s'unir avec l'ARN pour la protéger ou la détruire. Ce qui donnera le ribosome qui a une durée de vie limitée pour sa grande complexité. Les seuls résistants de l'ARN sont les tRNAs qui peuvent adopter la structure de l'ADN en maximisant l'appariement. Les peptides s'associant à des mono et dinucléotides créent des enzymes beaucoup plus efficaces. Nous retrouvons là l'évolution par morceaux.
  

 29.09.14

• Anti-sélection: Avec l'interdiction des réactions chimiques spontanées, toute protéine ou tout peptide qui se forme spontanément est détruit. Cela est vrai pour le RNA aussi. On arrive à une sélection pour le plus faible, celui qui n'entravera pas l'évolution progressive des forces faibles, qui sont d'abord physiques. C'est ainsi qu'agiront les groupements d'aas qui peuvent se faire et se défaire rapidement. C'est valable pour le DNA aussi ce qui permettrait de constituer les combinaisons les plus solides par leur harmonie due à l'aromaticité. Ces combinaisons seront copiées en ARN et donneront les ARN les plus solides dont les ARNts.
     Indépendamment de l'ADN, les groupements d'ARNs sont très réactifs et donc seront éliminés par l'anti-sélection. Ce sont les aas qui s'en chargeront en faisant groupe avec eux et du coup cacheront leur réactivité.
     On rejoint donc l'évolution continue par morceaux à laquelle il faut ajouter l'ADN: mono ARN, ARNt, ARNr, ARNm. Ces derniers évoluant en virus et en épissage.
  
• Les réactions chimiques intramoléculaires: Elles sont spontanées.
  • 3 exemples : certaines décarboxylations du métabolisme actuel, les intéines et surtout l'action des enzymes qui positionnent le substrat en leur sein, et les sauts de puce (électrons) peuvent alors commencer. C'est valable pour le ribosome et les ribozymes aussi.
  • C'est ainsi que les aas vont être sélectionner par leur inactivité du radical la plus forte pour l'anti-sélection, mais sélectionnés par une activité radicale minimale pour effectuer les réactions intramoléculaires qui peuvent se faire surtout quand ils sont dans une protéine dont l'extérieur contrebalance l'environnement physico-chimique (ions, molécules polaires comme l'eau, les forces de Van der Waals dans la membrane).
        Cela sera aussi le cas aussi des aas aminés aromatiques nécessaires pour l'inactivation des ARN, car ils peuvent partager ( ou réagir avec) leur aromaticité. Dans ce contexte l'histidine fait double jeu. C'est l'aa qui va réagir comme un ARN tout en participant à son inactivation.
    
  • Les voies métaboliques apparaîtront ainsi:
    • les seules réactions permises sont les hydrolyses (+H2O) et les déshydratations condensantes (-H2O). Elles sont permises par la thermodynamique des nucléotides (surtout ATP) et des phosphates. Ce sont dans l'ordre croissant: hydrate d'acide, ester, amide, éther etc...
    • Ce sont surtout hydrates d'acide et esters qui vont intervenir, conduisant à des molécules où des réactions intra-moléculaires ont des niveaux d'énergie de plus en plus faibles ( jusqu'à la spontanéité) que les enzymes peuvent alors effectuer.
    • Mais il faut une contrainte physique qui dessine le chemin à parcourir ( de la voie métabolique et non au sens propre). Il y a 2 contraintes pour cela, c'est la structure du liposome avec ses têtes hydrophiles et ses pores qui impose une circulation des liquides et entre en interaction avec le milieu extérieur, puis il y a l'ADN naissant qui emmagasine de plus en plus d'aromaticité. La voie métabolique est contrôlée et guidée par l'anti-sélection.
          Il y a une contrainte physico-chimique spéciale au niveau des pores où l'anti-sélectionne peut pas intervenir, mais où la circulation et la différence de potentiel, qui peut s'établir quand il y a blocage, obligent ( ou non )à la cassure des liaisons covalentes ( ou simplement par déplacement des équilibres thermodynamiques qui sont de nature différente au niveau de la membrane qu'à l'intérieur du liposome. Cette contrainte spéciale de la membrane est en continuité avec celle de l'intérieur. Ce qui permet à l'ADN de communiquer avec l'extérieur.

04.10.14

La vie en 2 dimensions: (dossier périplasme)

• Par fusion entre 2 liposomes,  le liposome obtenu à une membrane peut assembler ses acides gras les plus longs ( ou plutôt les plus cohérents ) ainsi que les groupes d'acides aminés ou de peptides ( protéines ) intégrés à la membrane, et les pores avec plus ou moins d'acides aminés. Les acides gras les plus courts se rassemblent ( ne pouvant pas former de canaux parce qu'ils étaient triés pour cela lors de la formation du liposome ) formeront un bourgeon qui se détachera par fission.
• Dorénavant de plus en plus cohérent il ne fusionnera plus avec des liposomes fragiles.
• 2 liposomes cohérents ou presque ( ce n'est jamais parfait) ne fusionneront pas mais l'un englobera l'autre. D'où formation d'un périplasme.
• Le liposome à périplasme devenant très solide par rapport à un liposome sans, n'englobera pas ce dernier.
• A ce stade, liposome avec périplasme ayant récolté dans ses 2 membranes beaucoup de canaux, de peptides, d'acides aminés et de molécules hydrophobes ( bases nucléiques, acide lipoïque, hydroquinone ...) peut commencer une nouvelle étape d'évolution, notamment l'énergétique membrane avec le périplasme.
• Ceci se passe dans la phase eau principale. Mais il est fort possible, comme je l'ai déjà imaginé ( voir ci-dessus 8.9.14 ) que cela se passe à l'interface principale eau/huile.
  • La formation du liposome ( passage totalement dans l'eau ) pourrait ne pas être totale à cause de la poussée d'Archimède: la partie qui est dans l'eau est plus légère que l'eau, parce qu'elle contient de l'huile.
  • Le liposome peut rester ainsi à moitié formé, peut être avec très peu de pores, les acides gras du feuillet externe se consolidant de plus en plus avec ceux de l'interface principale, ainsi comme précédemment en acides aminés et molécules hydrophobes.
  • La pression des vésicules de la phase huile qui tombent par gravité, et celle des liposomes déjà formés mais remontant à cause de la poussée d'Archimède, peuvent aboutir au même résultat que précédemment ( liposome à périplasme solide ) par fusion, fission et consolidation de chaque membrane. Le problème qui se pose alors est , est-ce qu'il y aura formation de pores et combien? Je penses qu'il y en aura à cause du traumatisme lors de la fermeture du 2ème feuillet, mais aussi par la pression exercée des 2 côtés de l'interface.
  • La fusion se fait par pontage avec Mg++ et Ca++: voir thèse de Marc Michel 2005, Strasbourg, liposomes enfouis (dossier périplasme/liposome-stabilisation).

La force "proton-motrice" à Na:

• Voir review, et pour pompe Na/K chez E.Coli, elle existe, voir agro.
• Simplicité de la machinerie ( review). La machinerie à proton viendra après car il faut le transport des protons par NAD et FAD, la sélection par l'acidité de C. De Duve n'étant pas de mise.

Interdiction des réactions spontanées à un niveau de plus en plus élevé de déshydratation et d'interdiction par les protéases:

Les condensations déshydratantes vont se faire de hydrate d'acides (PPi), esters ( phosphoryles, thoesters ), sucre-N ( nucléosides ), liaison peptidique. Ces réactions vont disparaître grâce au contrôle fin de l'eau par le métabolisme ( le vrai ) naissant et les protéines qui se forment. En dehors de ces réactions, peut-être la réaction de formose se déroule au début ( pour générer le glycolaldéhyde et le glycéraldéhyde nécessaires pour la formation des monomères ARN et ADN ), ainsi que la synthèse de l'acétaldéhyde avec la diffusion des petites molécules. Mais le contrôle stricte à travers la membrane pour l'eau comme pour ces molécules interdira ces réactions de plus en plus, et elles seront remplacées par des réactions intramoléculaires comme on l'a vu ci-dessus le 29.9.14

  Mais la formation spontanée de peptides catalytiques, de groupements d'acides aminés, de ribozymes va aussi n'être que temporaire grâce à l'anti-sélection ( 29.9.14 ) et c'est, en définitive, l'ADN par son aromaticité et sa stabilité ( et solidité ) qui dirigera le métabolisme naissant, jusqu'à la formation des ribosomes qui sont le résultat de la lutte incessante entre protéines/RNA et contre tout ce qui est spontané.

15.10.14  Paris

Dans Kegg formation spontanée de Hydroxymethylbilane en Uroporphyrinogen I, par une condensation déshydratante entre OH et le H d'un carbone de Porphobilinogen . C'est une réaction intramoléculaire, comme attendu, c'est une déshydratation et non une hydrolyse comme attendu, mais ce qui est inattendu c'est le H pris à un carbone et non à un Oxygène ou un azote. Mais ce carbone est dans un cycle aromatique.

Je cherchais en fait à savoir si la chélation des métaux de transitions, dans le métabolisme , se faisait spontanément ou non. En tout cas pour la formation des hèmes elle se fait par des enzymes: EC 4.99.1.1,4 pour le Fer, 4.99.1.4 pour le Cobalt, 6.6.1.1 pour Mg++. La Zn-bactério-chlorophylle qui chélate le Zinc et le coenzyme F430 qui chélate le Nickel, les enzymes qui les catalysent sont indiqués en pointillets. Cela se comprend dans le métabolisme abouti, car les métaux de transition sont très contrôlés à cause de leur pouvoir chélateur très puissant. Toute chélation spontanée serait ainsi interdite comme les hydrolyses. A l'initiation du métabolisme, cela serait le cas aussi mais à un degré de contrôle plus rudimentaire: les métaux de transitions pénétreraient dans le liposome par les canaux, chélatés par des aas (Cys, His) de ces canaux ou de ceux de l'extérieur. Chélation qui se fait spontanément en chimie organique et qui neutralise les charges électriques de ces cations.

Les seules réactions spontanées du métabolisme que je connais, sont des décarboxylations intramoléculaires. Cette déshydratation condensante va dans le sens de celle entre acides ( les phosphates ), entre acides aminés et sucre-base nucléique. Par contre je vois mal comment une hydrolyse peut se faire parce qu'elle n'est pas de toute façon intramoléculaire.  Est-ce que les liaisons phospho-diesters  pour ARN et ADN peuvent être facilitées par ces macromolécules, en intramoléculaire?

Par contre les petites molécules du métabolisme ne peuvent, à son initialisation, se prévaloir de réaction intramoléculaire ( sans enzyme ou pseudo-enzyme qu'on peut attribuer à un groupement d'aas). A la limite ça serait le cas pour qq réactions mais rien ne justifierait la chaîne de liaison entre toutes ces réactions. Dans le métabolisme actuel les produits de ces réactions peuvent servir à initialiser de nouvelles voies métaboliques, mais seulement grâce à la sélection naturelle qui crée de nouveaux gènes par duplication et modification d'anciens gènes. C'est le cas de l'utilisation du calcium chez les eucaryotes et du molybdène chez les bactéries, ou de nouvelles voies à partir de la Tyr ou du Trp etc...

A mon avis à l'initialisation du métabolisme, il faut reprendre ce concept d'organisation que j'ai développé dans continuité entre EM et ED et qui a donné le bon résultat avec la ségrégation Na/K dans évolution de la membrane prébiotique.

Les nouveaux organisateurs encouragés par la structure du nouveau liposome et la déshydratation due à la ségrégation Na/K sont avant tous les aas grâce à leur zwitterion qui les accroche entre eux et à la membrane. Puis viennent Mg++ pour les mono et polynucléotides, et les métaux de transitions, qui se chélatent par les aas et d'autres molécules du métabolisme naissant, pour les coenzymes des protoenzymes (groupements d'aas). Enfin l'organisation la plus importante qui résulte de l’interaction Mg/nucléotide est l'aromaticité qui n'est effective que dans l'ADN, parce que l'ARN est simple brin et possède un radical OH qui le rend instable, et comme par hasard permet des réactions intramoléculaires ( entre nucléotides de l'ARN) et de fortes interactions avec les aas (peut-être avec des établissements/destructions de liaisons covalentes instables qui aboutiront à la traduction).

L'interaction entre aas et ADN (mono ou polymère) est de toute autre nature comme le montre sa très faible réactivé en tant que coenzyme, sa protection par les histones, son ouverture par les facteurs de transcription pour permettre la réalisation de celle-ci. Les enzymes n'interviennent, pour créer des liaisons phospho-diesters,  que pour maintenir sa cohérence. C'est parce que les forces électrostatiques, créées par l'aromaticité de plus en plus grande en proportion avec la longueur de l'ADN ( ou même des nucléotides rassemblés côte à côte), sont tellement grandes que, tout écart par rapport à l'énergie minimale adoptée, contraint cette structure (l'ADN) et son entourage ( aas ou protéines) à y retourner. D'où les réparations mais aussi la possibilité que les aas et les polypeptides puissent ouvrir cette structure pendant ce processus. C'est ce processus qui permet à l'ADN d'interagir avec certains polypeptides qui eux-mêmes peuvent résulter de l'interaction entre le liposome, les aas et le milieux extérieur notamment par les canaux d'échanges qui deviennent de plus en plus protéiques. Certains facteurs de transcriptions sont en relation souvent directe avec le substrat de certaines réactions métaboliques ou de molécules ( ou ions ) venant de l'extérieur.

L'ARN lui n'interagit pas avec l'extérieur. Par contre il va être créé facilement par transcription grâce aux appariements qui sont communs avec l'ADN. Son instabilité et sa réactivité sont la cible des aas et polypeptides de l'intérieur et non ceux résultants de l'interaction polysome/milieu extérieur.

L'initialisation du métabolisme:

Nous venons de voir que rien ne peut justifier à priori une chaîne de liaison entre les réactions du métabolisme et à fortiori entre le métabolisme central et les autres processus que sont la transcription, la traduction, la réparation de l'ADN et surtout la gestion des protéines et des ARNs. Car si l'ADN et le liposome sont pérennes, les protéines et les ARNs sont tout le temps entrain de se créer et de s'entre-détruire. C'est ce qui j'ai décrit dans la note précédente comme l'anti-sélection: Le nivellement par le bas, les plus faibles forces, les relations les plus simples, les liaisons les plus lâches et surtout pas de liaisons covalentes spontanées qui créeront des molécules très réactives qui, n'ont organisées en chaînes de liaison aboutiront au chaos ou carrément à une pelote en trois dimensions, inerte.

Dans cette optique les groupements d'aas (zwitterions) aidés par la nouvelle structure du liposome et sa dynamique de déshydratation peuvent produire très faiblement certaines molécules ou seulement potentiellement. La chaîne de liaison peut être en pointillets (dans l'espace et le temps) et peut être tout à fait modifiable doucement, lentement parce que ce sont des liaisons hydrogène qui relient les acides aminés et non des liaisons covalentes. La séquence des aas dans un groupement peut changer pour adopter une énergie minimale avec ses substrats (que d'autres groupements ont pu synthétiser en petite quantité) et le reste de la chaîne de liaison. Il va y avoir une harmonie, une résonance qui vont s'établir entre tous ces groupes d'aas et l'ADN, les ARNs et leurs processus sous-jacents. Cette harmonie ira en croissant.

A mon avis les liaisons covalentes spontanées initiatrices ne peuvent naître qu'au niveau de l'ADN puis elles seront remplacées par les liaisons créées par les aas puis les polypeptides. Cette première étape permet d'initialiser tout en disparaissant ensuite comme pour les têtes hydrophiles du liposome.

Tout comme les groupements d'aas sont modifiables les 1ères séquences de l'ADN vont l'être de même car comme eux les nucléotides seront juxtaposés les uns à côté des autres à l'aide de ces groupements d'aas ou mieux par l'attachement de chacun au liposome si on admet qu'ils sont fixés comme la deoxycytosine (voir chiralité prébiotique) ou catalysés grâce à la surface polyanionique du liposome avant qu'elle ne devienne zwitterionique ( sans charge), voir évolution de la membrane prébiotique.

Cette mobilité des bases va permettre de trouver la combinaison la plus cohérente qui peut, et une fois appariée en ARN, donner  des ARNs stables c'est à dire avec un maximum d'appariements. Nous avons mis là en place l'évolution par morceaux des ARNs de transfert et même des ARN ribosomaux si l'on admet que le processus de duplication de l'ADN ( très simple, par ligation des bouts puis ouverture) est possible à ce stade. Il est remarquable de noter que dans le cas de E.Coli les ARNs ribosomaux ont une longueur d'un multiple (à peu près ) d'un ARNt (70 paires de bases et 1400 paires de bases) qui lui-même serait le produit par duplication d'une séquence de 35 paires de bases d'où sa structure et celle des ARNr en double brin et d'où leur solidité tout en permettant leur interaction avec des aas (appariements incomplets).

16.10.14 Paris

Les aas aromatiques:  L'origine de ces aas me paraissait un peu énigmatique. Pour les nucléotides j'ai pu imaginer leur synthèse à partir de leurs bases par catalyse de la surface polyanionique du liposome (les bases seraient contenues dans la soupe prébiotique), voir évolution de la membrane prébiotique ou plutôt la publication OQOL2014. Je propose ici une synthèse analogue pour les aas aromatiques.

• Tyr et Phe: Phe dériverait de Tyr et Tyr serait synthétisée par l'équivalent de EC. 4.1.99.2
  L-Tyrosine + H2O <=> Phenol + Pyruvate + NH3
  Le pyruvate dérive de la Ser qui fait partie de la phosphatidyle sérine à l'origine de tous les phospholipides.
  
• Trp:  c'est encore plus intéressant. On peut obtenir Trp avec EC 421.20 
     L-Serine + Indole <=> L-Tryptophan + H2O
  ou en passant toujours avec la même enzyme, mais de façon réversible, par 2 réactions:
     Indoleglycerol phosphate <=> Indole + D-Glyceraldehyde 3-phosphate  (1)
     L-Serine + Indoleglycerol phosphate <=> L-Tryptophan + D-Glyceraldehyde 3-phosphate + H2O (2)
  La réaction (1) est quasi identique que pour les bases nucléiques:
     Base-glycerol phosphate <=> Base + D-Glyceraldehyde 3-phosphate  (3)
  suivi de l'ajout de glycolaldéhyde ( ARN) ou d'acétaldéhyde ( ADN ). Dans le cas de Trp l'atome cédant l'hydrogène est un carbone d'un cycle aromatique comme pour les prophyrines citées le 15.10.14 dont le cycle contient un seul azote comme l'indole, alors que pour les bases nucléiques c'est N qui cède l'hydrogène.
  
• His: On partirait du Phosphoribosyl-AMP dont l'adénine est attachée à 2 riboses-P par 2 N, 2 fois la réaction (3). La voie métabolique de l'histidine continue avec 7 réactions dont une nécessite Gln, une B6 et la dernière du NAD.

29.10.14 Paris

La vie en 2 dimensions: voir 4.10.14. Pour reprendre la réflexion sur la formation du périplasme.

Jusque-là j'imaginais les modifications d'un feuillet de phospholipides (ou seulement d'acides gras) comme un tissus qui enveloppe et s'adapte à la sphère du futur liposome par déchirement et formation de pores. Comme si les molécules qui composent ce tissus sont attachées les unes autres par des liaisons covalentes. C'est la conception qu'on a dans notre monde macroscopique. Or ceci n'est pas le cas pour les phospholipides, ils se déplacent librement les uns par rapport aux autres tout en restant dans le feuillet. C'est dans un pore qu'on passe d'un feuillet à l'autre. Quand les forces ioniques des ions de Mg++ faisant le  pontage entre 2 liposomes à une membrane s'étendent de plus en plus, en fixant les PLDs entre les 2 feuillets externes, ce sont les PLDs du feuillet interne du liposome enveloppant qui se déplacent et agrandissent du coup le pore diamétralement opposé qui a permis l'initiation du processus. Il se reformera ou se fermera quand le liposome enveloppant aura complètement enveloppé son liposome.

Du coup le feuillet interne du liposome enveloppant devient le feuillet externe et l'externe devient interne. Les autres pores du liposomes enveloppant permettront l'hydratation des ions Mg++ et le périplasme pourra se former alors.

La situation la plus probable pour la formation du périplasme est celle d'un liposome déjà formé, soumis à la poussée d'Archimède pousse le feuillet de la phase principale eau/huile et est ponté avec Mg++ ( et ou Ca++). Quand le liposome est en face d'une vésicule qui descend par gravitation, le feuillet de la phase principale est pris en tenaille. A cet endroit une bicouche se forme. Elle peut s'agrandir avec la conjonction de 3 forces: le pontage, la gravitation et la poussée d'Archimède. Mais elle devient de plus en plus fragile car feuillet de la phase principale et feuillet de la vésicule sont soumis à des tensions surfaciques de plus en plus en grandes. Un pore peut se former alors joignant les 2 feuillets. Dans cette bicouche les PLDs des 2 feuillets se mélangent et circulent permettant de répondre à la force de pontage jusqu'à envelopper tout le liposome avec cette bicouche. A la fin le pore se referme libérant le liposome avec sa double membrane et reconstituant le feuillet de la phase principale comme pour la formation d'un liposome à 1 seule membrane.

Interdiction des réactions spontanées: voir 4.10.14. En poursuivant la recherche sur l'initialisation du métabolisme (16.10.14) j'ai trouvé une hydrolyse potentiellement spontanée qu'il faudra étudier de plus près parce qu'elle concerne un tRNA, susceptible de provoquer une hydrolyse à cause de la réactivité du RNA. C'est infB, facteur de l'initialisation de la traduction, avec 860 aa et supposé protéger le formylmethionyl-tRNA d'une hydrolyse spontanée.

9.11.14 Paris

La liaison covalente prébiotique:

• La liaison covalente thermodynamique, c'est dans la soupe prébiotique.
• La liaison covalente spontanée chez le vivant, sans enzyme ou auto-catalyse: décarboxylation, cyclisation, condensation déshydratante, déphosphorylation avec cyclisation...(voir transcription/intra-moleculaire sur le disque).
• La chélation des cations en chimie organique
• La catalyse par les surfaces minérales, surfaces polyanioniques.
• La catalyse par les surfaces zwitterioniques: les liposomes.
• L'auto-catalyse chez les protéines:
  • histidine kinase dans les systèmes de signalisation à 2 composants (condensations déshydratantes);
  • clivage en pyruvoyl sur la sérine EC 4.1.1.65 (Gly-Ser); Histidine décarboxylase (Ser-Ser), SAM décarboxylase (Lys-Ser) sont des hydrolyses.
  • Les intéines, voir article en préparation détricotage.
• L'auto-catalyse chez l'ARN (RNA world) et l'ADN ( transposons, recombinaison ??)
• La catalyse entre macromolécules, protéine-protéine, protéine-ARN, protéine-ADN et non ADN-ARN (voir réplication, transcription, virus..);
• La catalyse enzymatique qui peut être considérée comme intramoléculaire si l'on considère que l'enzyme piège et rapproche fortement (pour les effets quantiques) les réactants par liaisons hydrogène et dipôles électriques ( hélices alpha et feuillets béta).

Aussi la liaison covalente prébiotique ne peut être spontanée, car elle n'a aucune raison d'être ainsi. Alors qu'une liaison covalente imposée par la contrainte (voir évolution de la membrane prébiotique) est le résultat de l'organisation spatiale et des forces physiques (grand nombre), dipôles, liaisons hydrogènes, organisation des molécules d'eau par les ions (ségrégation Na/K) , liaisons v d Waals.....

La liaison covalente prébiotique démarrera quand ces contraintes seront maximum et avec la liaison covalente la plus faible possible: c'est le cas de l'ADN et de la liaison hydrate d'acide, P-P.

Le regroupement des aas sans liaisons peptidiques, mais par les liaisons hydrogènes et les contraintes dans le liposomes rapprocheront des ADN monomères et d'autres molécules du métabolisme pour former les premières liaisons covalentes prébiotiques.

10.11.14 Paris

Nouvelle mouture du concept global:

Fixation des idées avant une absence pour voyage à Tanger.

1. Contrainte / Liberté
2. Organisation
3. Interaction
4. Croissance
5. Compatibilité
6. Congruence ( liaison covalente prébiotique)
7. Reproduction

• Contrainte /Liberté: Ce concept doit remplacer la notion de force qu'on utilise en physique. Ici je l'emploie dans le contexte des milieux condensés, et plus particulièrement dans la soupe prébiotique, mélange de molécules hydrophobes et hydrophiles. La contrainte primordiale qui s'oppose à l’électromagnétisme est la gravitation. Elle se traduit dans les liquides par la pression hydrostatique.

11.11.14  Paris

reprise du 10.11.14

Chaque concept doit être absolument différent du précédent mais doit lui obéir, c'est à dire l'intégrer. D'où une hiérarchie dont la base est le concept de contrainte / liberté représenté physiquement par la gravitation. Un nouveau concept est apparu alors depuis hier et l'ordre et les noms ont changé. Voici la nouvelle liste.

1. Contrainte / liberté
2. Organisation
3. Interaction
4. Compatibilité
5. La liaison forte
6. Croissance
7. Reproduction
8. Congruence

• Contrainte / Liberté: Je ne m'étendrais pas ici sur ce concept. Il faut revoir les développements sur lui dans la 1ère conceptualisation de 2013 et après. Je dirais seulement c'est lui qui crée les éléments chimiques qui ont une organisation et sont organisateurs. Par contre lui échappe le photon qui constitue la base de l'électromagnétisme qui constitue le fondement physique du concept suivant, l'organisation.
    Le processus de contrainte / liberté  appliqué à l'origine de la vie va générer la soupe prébiotique. Le processus de cette génération est basé sur les organisations minérales que crée la gravitation ( géologie) dont les surfaces minérales qui, en présence de l'eau,catalysent les réactions chimiques de type thermodynamique (liberté) donnant les molécules prébiotiques.
  
• Organisation: De même revoir 2013 pour l'organisation des lipides en liposomes, le rôle organisateur de l'eau par les ions et l'organisation de l'ADN. Il faut par contre ajouter que les liposomes sont, à l'origine, pourvus de pores qui communiquent avec l'extérieur ( voir évolution de la membrane prébiotique ).
     Le concept d'organisation est basé sur l'électromagnétisme des éléments chimiques et il subit le processus de contrainte (la gravitation). A l'origine du vivant les molécules prébiotiques s'organisent entre elles grâce à leurs caractéristiques électromagnétiques sous la contrainte de la gravitation représentée par la pression hydrostatique. Les molécules chimiques et les organisations spatiales qui se forment petit à petit ( sans liaisons covalentes) vont interagir entre elles grâce à la séparation des charges électriques ( ou seulement à leur tendance à se séparer en + et en − , tendance qu'on nomme polarisation).
     Le processus d'organisation contient 2 concepts distincts:
  
  • Le concept de structure, assemblement de molécules réunies par des forces faibles. Assemblement statique, non dynamique, mais par le nombre crée une contrainte. Les surfaces du liposome sont le bon exemple, mais on verra que l'ADN et les protéines le sont aussi. Ce sont ces structures qui représentent le concept d'organisation proprement dit, comme le font les ions aussi avec leur force nucléaire. Par contre les structures mésoscopiques que sont les macromolécules et les liposomes basent leur structure sur les forces électromagnétiques les plus faibles possibles, ne contenant pas celles des ions.
  • Le concept de dynamique, processus d'organisation basé sur le mouvement. Ce concept est basé sur les charges ioniques qui sont de forces différentes et créent par là un mouvement perpétuel des molécules polaires. Ces forces contrecarrent les forces statiques précédentes même celles qui sont plus fortes qu'elles, comme les liaisons hydrogène. En plus dans la soupe prébiotique les ions sont de type organiques, donc de pKa plus ou moins élevé. C'est à dire à la variance des forces des ions s'ajoute l'apparition ou la disparition locale de charges électriques. Ce qui fait qu'il y a un  rééquilibrage  permanent des charges et donc des mouvements. C'est l'interaction du liquide avec les structures mésoscopiques. L'exemple fondamental étant l'interaction du milieu extérieur liquide avec le liposome.
• Interaction:

12.11.14 Paris

Je réordonne la liste. L'ordre est très important car il fait le lien entre un concept et le suivant, ce qui serait cohérent avec l'évolution moléculaire.

En me basant le 11.11.14 sur les forces mises en place pour hiérarchiser, il me paraît maintenant évident qu'il faut introduire la liaison covalente après la gravitation, les forces électrostatiques faibles et les forces ioniques. Le concept de liaison forte du 11.11.14 devrait faire la transition entre les liaisons covalentes thermodynamiques (liberté, soupe prébiotique, vésicule aqueuse) et  les liaisons covalentes biotiques suite à la formation des liposomes avec des pores (évolution de la membrane prébiotique) et l'organisation dynamique de la soupe prébiotique autour du liposome, effectuée par les ions et notamment avec la ségrégation des cations Na/K.

Le concept de liaison forte devrait donc suivre le concept d'organisation dynamique. Le choix de ce titre pour ce concept c'est pour l'utiliser dans le concept de congruence. Par exemple la liaison amoureuse dans un couple, quand apparaîtra la sexualité, fera partie de ce concept quand on passera à l'étape de l'évolution sociale.

Dans l'étape qui nous concerne, celle de l'évolution moléculaire prébiotique, je l'appellerait liaison covalente biotique par opposition à la liaison covalente thermodynamique qui donne naissance à la soupe prébiotique. Je dis bien biotique et non prébiotique, car désormais elle agira continuellement jusqu'à la réalisation d'une cellule vivante et même après pour les êtres supérieurs.

Après la liaison forte viendra le concept de compatibilité. Ce concept est apparu avec la découverte des réactions d'hydrolyse spontanées interdites dans le métabolisme et les réactions intramoléculaire qui seraient à l'origine de l'initialisation des réactions covalentes biotiques (métabolisme). Ce concept consiste en ce que les acides aminés doivent être les plus neutres entre-eux pour empêcher des réactions intramoléculaires spontanées quand ils sont en groupe liés ou non. Ce n'est que la structure physique et dynamique du liposome qui puisse contraindre à ce que la liaison covalente puisse se faire ou se défaire. Cette compatibilité doit s'étendre entre les aas et les têtes hydrophiles des feuillets du liposome: elle se réalise du fait que les têtes hydrophiles deviendront zwitterioniques comme les aas. Elle doit s'étendre à la relation aas/acides nucléiques qui se fait par des liaisons hydrogènes.

C'est seulement après la mise en place de cette structure imposant la contrainte de l'organisation, la circulation des molécules libres et la compatibilité entre les molécules fondamentales (têtes hydrophiles, aas et acides nucléiques) qu'on puisse parler d'interaction du liposome avec son environnement. Cette interaction impacte surtout l'ADN en passant par l'intermédiaire de la membrane (pores, canaux, excrétion) ou non (UV, autres radiations, température, pression, réactions chimiques sur l'ADN). Mais elle ne concerne pas l'ARN qui lui interagit avec l'intérieur (protéines et métabolisme). L'interaction avec le milieu intérieur évolue très peu et et son état est resté presque le même depuis que le liposome est devenu vivant.

Le concept de croissance concerne celle de l'ADN et que nous appelons à notre niveau intellectuel, information. Elle se fait grâce et surtout avec l'interaction avec l'environnement. C'est l'extérieur qui impose la contrainte et la diversité. Ce concept vient donc après celui d'interaction. L'apparition de l'ADN se ferait par regroupement d'aas et de monomères ADN, qui favoriserait les liaisons phosphodiesters ( ligase ). La croissance en interaction avec l'environnement se ferait par duplication.

Je donne au concept de reproduction le sens de recommencement, mais aussi de limite de la croissance, car une entité matérielle qui croît indéfiniment n'existe qu'en physique avec la masse (trou noir) et n'est pas concevable pour la notion de vivant. La reproduction n'a de sens aussi chez le vivant que si on reproduit la structure et la dynamique (ou le programme si l'on veut). Dire qu'un liposome se reproduit n' a pas de sens car il ne synthétise pas ses acides gras. Ce n'est qu'en expérimentation qu'on peut produire des vésicules énormes et qui physiquement se scindent en des vésicules plus petits. Mais une fois un liposome est stabilisé, il ne peut plus se diviser.

Le concept de congruence est tiré de l'étude de C. de Duve dans les singularités. D'autres l'ont exprimé différemment, mais ça revient au concept suivant: on peut reproduire un mécanisme donné à une échelle différente de celle qu'on observe, en plus petit (congruence) ou en plus grand (que j'ai appelé fractale).

1. Contrainte / liberté
2. Organisation
3. La liaison forte
4. Compatibilité
5. Interaction
6. Croissance
7. Reproduction
8. Congruence

19.11.14 Paris

Réexamen encore de la liste des concepts.

• Le concept de congruence ou de fractalité n'a pas sa place pour l'origine de la vie où les éléments et les molécules sont les propres acteurs de leur évolution. La congruence est un concept humain qui essaie de discerner des ressemblances à des échelles différentes, ce qui est loin de la position d'une molécule qui n'interagit qu'avec ses voisines en contact avec elle.
• Interaction: ce concept est déjà contenu dans compatibilité. En fait il remplace dans ma réflexion première le concept de Action/Réaction. Dans cette réflexion je fait le lien entre interaction du liposome avec le milieu extérieur et entre ce dernier avec l'ADN grâce aux facteurs de transcription, sans passer par l'ARN (voir continuité). Ce concept est apparu avec la nécessité d'établir une communication entre la protocellule et le milieu extérieur, communication qui posait problème dans chimio-osmose prébiotique car à ce moment là le liposome paraissait hermétique et l'intérieur ne pouvait communiquer qu'à distance avec l'extérieur ( hypothèse du champs électrique physique).
     Le concept de compatibilité contient toutes les interactions positives entre molécules à l'intérieur, alors que liposome et ADN sont confrontés à des interactions négatives qui essaient de les détruire et qu'ils ne peuvent contrôler. La réaction à ces attaques externes constitue le fondement de l'évolution en générale et de tout temps. A l'intérieur les luttes entre molécules ne peuvent qu'être constructives, car les interactions négatives disparaissent nécessairement avec le blocage puisque l'individu qui le subit ne peut plus être considéré comme vivant. L'évolution de l'intérieur est tributaire de l'évolution du liposome et de l'ADN en contact avec l'extérieur. Dans le vivant actuel le lien entre ces 2 évolutions se fait par les facteurs de transcription.
     Tout au début de l'évolution moléculaire, alors qu'on n'a que le liposome avec la soupe prébiotique, il n'y a pas encore d'ADN ni de facteurs de transcription. Par contre le milieu intérieur existe, il est structuré et protégé par le liposome. Il n'y a pas encore de protéines ni d'ARN, mais peut contenir des groupements d'aas de conformation L qui peuvent créer des structures organisées quoique lâches. Et tout cela grâce à une propriété essentielle du liposome, sa cohésion mécanique (voir chiralité prébiotique). L'ADN possède cette propriété et même à un degré encore plus fort. C'est pour cela que je porte cette propriété au stade de concept. Il y a continuité entre évolution du liposome et évolution de l'ADN, car c'est le premier qui apporte sa structure avec les groupements d'aas qui créeront l'ADN et lui fourniront la maintenance (réparation de l'ADN) et la communication avec l'extérieur (facteurs de transcription). Ensuite la création de la transcription par l'ADN déconnecte, de façon absolue, le milieu intérieur de l'influence du milieu extérieur, en donnant son contrôle absolu à l'ADN grâce aux facteurs de transcription: toute erreur ou toute action du milieu extérieur détruisant un élément sous le contrôle de l'ADN, sera contrecarrée par le renouvellement de cet élément par transcription. Et l'évolution passe à une vitesse supérieure pour atteindre la signalisation. Tout cela se fait par continuité.
  
• Le concept de croissance est apporté par l'ADN. Ce n'est pas une croissance de type thermodynamique ou géologique, qui consiste en une accumulation aléatoire et qui peut être sans fin. C'est une croissance dans l'évolution de la structure et de sa dynamique qu'apporte l'ADN. C'est une auto-croissance acquise grâce à une force nouvelle qui est l'aromaticité. Cette croissance est physique puisque l'ADN peut croître par duplication, mais aussi qualitatif puisque l'aromaticité croît avec la longueur, aromaticité qui contraint au réarrangement de la séquence des bases pour répondre aux actions intérieures et extérieures.

La liste des concepts est dès lors comme suite:

1. Contrainte / liberté
2. Organisation
3. La liaison forte
4. Compatibilité
5. Cohérence
6. Croissance
7. Reproduction

Quelques idées avec l'étude des protéines (dossier transcription):

• Nouvelle réaction de peptidisation par l'enzyme rimK avec ajout de Glu à la protéine du ribosome rpsF.
• Retrouver les recherches sur les peptide-ligases: gluthation ....
• Intervention de la protéine ribosomale rpsT dans le contrôle de la synthèse de l'ornithine: interaction entre métabolisme et ribosome.
• les riboswitchs: controle de l'entrée du Mg++ au niveau de la traduction avec le riboswitch Ykok.
  
• La réparation de l'ADN du à l'apparition de nombreuses bases nucléiques anormales, nfi. Conséquence sur le choix des bases canoniques.

21.11.14  Paris

Quelques notes avant le départ.

• Recueilli de C. de Duve page 80:

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.

 

• Les réactions spontanées d'après KEGG:

Réactions spontanées bimoléculaire et plus
Betalamic	Plantes supérieures
Condensation déshydratante	R08825	Betalamic: Pas de cyclisation L-Tyr             R08825 L-Dopa        R08827 Dopamine    R08835 R08818 20 21 31 34
peroxydation	R07948
décarboxylation acide	R06605
Selenite Glutathion	R09367	R09368	SeO3H

 

Réactions spontanées intramoléculaire
décarboxylation	R0652	R07406
cyclisation	R02962		Betalamic: R02962 R08829 R08833
Condensation déshydratante	R08837	R07947	Avec cyclisation
Dé-Phosphate	R07420		Avec cyclisation

 Les chélations: en principe en chimie organique certaines sont spontanées. A documenter.

24.11.14  Paris

Binding de NA+ par MAP: Met-aminopeptidase

PDF peptide deformylase

12.12.14 Tanger

Les moteurs moléculaires prébiotiques ( à mettre dans croissance )

On peut distinguer 2 moteurs chez le vivant:

• Les moteurs mécaniques qui utilisent le mouvement linéaire au cours des synthèses qu'ils effectuent. Ce sont les polymérases ADN et ARN, et les ribosomes.
• Les moteurs électriques qui utilisent le potentiel électrique et le transport des électrons sur des protéines fixées dans la membrane. Ce sont les chaînes respiratoires couplées à des ATPases composées d'un rotor et d'un stator.

La mise en place des structures nécessaires à la formation des moteurs électriques existe d'office avec la membrane prébiotique comme décrite dans "évolution de la membrane prébiotique". Cependant la structure pour une différence de potentiel existe, mais les transporteurs d'électrons et les ATPases n'existent pas encore.

Les moteurs mécaniques n'existent pas encore. A première vue il n'y a aucune contrainte qui puisse les provoquer, alors que les moteurs électriques sont soumis à la contrainte de la différence de potentiel. Aussi la seule contrainte qui puisse provoquer la mise en place des ADN polymérases est la résonance de l'aromaticité de l'ADN. On devine son existence chez le vivant avec les processus de réparation de l'ADN. Ces processus sont d'une simplicité sidérante de telle façon  qu'on ne peut parler ni de complexité ni d'anthropomorphisme. Ce sont:

• Couper: c'est l'hydrolyse par les nucléases
• coller: c'est la condensation déshydratante des ligases
• Copier: c'est apparier qui ne nécessite pas de liaison covalente

Ces processus permettent la croissance par duplication par collage à une des 2 extrémités.

L'hydrolyse demande une contrainte très fortes parce qu'elle doit arracher une molécule d'eau H2O de l'eau adsorbée suivant le principe de la ségrégation Na/K qu'on a vu dans l'évolution de la membrane prébiotique. Cette contrainte est fournie par l'ADN et non par l'ARN grâce à l'appariement solide et stricte de l'ADN. C'est cette  contrainte forte qui permet la ligation qui produit de l'eau, ce qui va dans le sens de la ségrégation Na/K et du rôle des porines prébiotiques et demande donc moins de contrainte. La ligation par transfert de groupe phosphoré va encore plus loin puisqu'elle ne produit pas d'eau et consiste à changer une liaison riche en énergie par une autre de même énergie. Le transfert de groupe fait le lien entre les moteurs électriques et mécaniques.

Ce qui m'étonne c'est que j'ai toujours considéré la réparation de l'ADN et les processus de recombinaisons comme des processus complexes qu'il fallait considérer plus tard dans l'évolution. Hors là je les mets au tout début de l'évolution prébiotique. D'ailleurs je vois maintenant que le minéral et le vivant aboutissent au même résultat, création d'un cristal pérenne. Ce n'est pas un stockage d'énergie comme on voit quelquefois l'ADN, mais c'est bien un cristal qui a la particularité de se répliquer. Cette pérennité et ce caractère minéral est partagé par la membrane et seulement la membrane. Tout les autres constituants du vivant sont constamment renouvelés. D'où ma conviction que ce sont ces 2 structures qui sont le moteur de l'évolution prébiotique. La membrane d'abord comme je l'ai montré dans les 4 1ers articles.

Les contraintes de la membrane et de l'ADN sont repérées par les aas grâce à leur zwitterions. C'est le rapprochement d'un cation et d'un anion à une distance fixe et avec une force donnée (NH3+ et CO2-, au lieu de OH et CO2- des hydroxy-acides) qui permet ce repérage. C'est comme une pince électronique ou comme 2 organes ayant la même fonction mais séparés par une distance fixe (oeil, oreille, main ...) et qui repèrent de toutes petites différences spatiales et temporelles. Au niveau nanométrique les aas jouent ce rôle.

Les aas ont des affinités entre eux et c'est ce qui explique leur chiralité en interaction avec la membrane (chiralité prébiotique). Leur regroupement par liaisons hydrogène peut être à l'origine de pseudo enzymes, qui sans provoquer la catalyse peuvent faciliter la mise en place de courants de molécules qui initialiseront le métabolisme. Mais en ce qui concerne la mise en place des moteurs moléculaires l'hydrophobicité de certains d'entre eux permet de créer des groupements dans la membrane ou dans les pores prébiotiques et  initialiser donc les chaînes respiratoires et les canaux ioniques. C'est l'affinité avec la membrane.

Mais les acides aminés ont aussi non seulement une affinité pour l'ADN et l'ARN, mais même pour leurs monomères comme l'atteste l'ATP. De même les bases nucléiques sont hydrophobes et ont une affinité pour la membrane. J'ai proposé dans évolution de la membrane prébiotique, les monomères d'acides nucléiques peuvent se former au niveau de la membrane. Je conjecture (hypothèse et postulat) que les groupements d'acides aminés regroupent les monomères d'ADN de façon à créer des groupements les plus cohérents de ces monomères (aromaticité) et donc de créer les premières séquences d'ADN quasi fonctionnelles qui ne leur restent qu'à être assemblées par des liaisons covalentes par condensation déshydratante ou par transfert de groupe. Ceci évite la synthèse base par base, séquentiellement, qui n'a aucune raison d'être à priori. Mais aussi nous devinons par là que ça sera des séquences à appariement fort qui par copie donneront d'abord les origines des réplications et les ARN de transfert et ribosomaux qui pourront évoluer en parallèle avec l'ADN.

Les contraintes fortes que peuvent créer ces groupements de monomères d'ADN devraient être à l'origine des 3 processus décrits ci-dessus ( copier, coller, couper) avec l'aide des groupements d'aas qui les ont provoqués sans qu'il s'agisse de catalyse enzymatique (protéine). C'est la même situation dans la membrane sous la contrainte du potentiel électrique. L'évolution prébiotique en parallèle des tRNA et rRNA en présence des groupements d'acides aminés devrait aboutir aux ribosomes.

Mais on imagine facilement que les moteurs mécaniques prébiotiques ne peuvent agir que sur de courtes distances comme on le divine dans la transcription et surtout dans la réplication du brin opposé qui fait intervenir de petits segments d'ADN et d'ARN. Tout ceci est cohérent mais la forte contrainte de l'ADN va plus loin encore puisqu'on voit bien que les contraintes vont devenir encore plus fortes avec la longueur de l'ADN, en aval et donc provoquer plus d'hydrolyse et donner prise à une évolution prébiotique aux gyrases et topoisomérases.

Dire que les moteurs mécaniques sont les plus simples et les 1ers à apparaître me paraît évident et cela laisse penser que le métabolisme et l'ARN ont commencé avec l'ADN.