Tanger 5/12/14

L'apparition de l'ADN

essai

1. Contrainte / liberté
2. Organisation
3. Liaison covalente biotique
4. Compatibilité
5. Cohérence
6. Croissance prébiotique
7. Reproduction

 

Le cheminement de ma réflexion

1. Continuité de l'évolution moléculaire à l'évolution darwinienne

2. Le concept de compatibilité avec les acides aminés

3. L'aromaticité et la thymine créent une musique

4. Cette musique crée des séquences harmonieuses et des séquences dis-harmonieuses qui correspondraient aux hélices, feuillets bêta et séquences libres aux niveaux des protéines

5. Le fleuve d'électrons et les contraintes qu'il crée

6. Les 3 particules : photon électron proton

7. L'évolution de la membrane prébiotique

8. Séparation du concept Action/Réaction en compatibilité biologique et cohérence de l'ADN et de la membrane en interaction avec l'environnement

9. La croissance remplace la duplication

10. La reproduction concerne l'ensemble, ADN, Membrane et la dynamique réactionnelle

 

Tanger 7/12/14

Les origines de la vie, une conception globale de la matière

Tanger 8/12/14

La recherche sur les origines de la vie: les principes fondamentaux

 

Un concept c'est voir avec, concevoir, quelque chose que j'imagine et que je me représente, qui n'a aucune réalité en dehors de mon esprit.

Un processus est un phénomène réel qui se déroule sous mes yeux. Si mon concept est en accord avec le processus alors je l'intègre dans mon esprit et je suis en accord avec moi-même : je comprends, je prends avec.

Un principe est un processus qu'on conçoit et qu'on peut transmettre à autrui. On se comprend. Il devient fondamental quand tout le monde le comprend.

Les principes que je développe ici concernent le vivant. Je les généralise au comportement de la matière qui se situe entre le minéral et le vivant et qu'on appelle l'état prébiotique. J'ai conçu cette généralisation en étudiant les processus physico-chimiques susceptibles de représenter cet état prébiotique, processus qui sont largement documentés dans la littérature scientifique.

Une première ébauche a été écrite dans l'article « continuité entre évolution moléculaire et évolution darwinienne  ».

 

Tanger 10.12.14

reformulation

La gravitation

Contrainte / liberté

L'électromagnétisme

Les liaisons faibles : Organisation

Les liaisons fortes : Liaison covalente biotique

Les interactions

Compatibilité : interactions entre les constituants du vivant

Cohérence : interactions de la cellule avec son environnement

L'évolution moléculaire

Croissance prébiotique

Reproduction

Les principes que je développe ici concernent le vivant. Je les généralise au comportement de la matière qui se situe entre le minéral et le vivant et qu'on appelle l'état prébiotique. J'ai conçu cette généralisation en étudiant les processus physico-chimiques susceptibles de représenter cet état prébiotique, processus qui sont largement documentés dans la littérature scientifique.

Une première ébauche a été écrite dans l'article « continuité entre évolution moléculaire et évolution darwinienne  ». Cette ébauche part plutôt du minéral vers l'ADN en passant par les liposomes prébiotiques. Mais c'est en réalisant leur importance en les généralisant au vivant que je me suis rendu compte qu'on pouvait au contraire essayer de retrouver certains processus du vivant dans le monde minéral. Cela ne concerne pas, cependant, tous les processus du vivant car certains processus du vivant portent la marque de la complexité propre à lui. Je ne citerai que trois processus propres au vivant qu'on considère souvent dans la recherche sur les origines de la vie et qui sont d'une grande complexité jusqu'à parler de processus intelligent, portant l'empreinte de l’anthropomorphisme. C'est l'information qui suppose une interprétation, la réparation de l'erreur (ADN) qui suppose qu'on connaît déjà le fonctionnement et la sélection qui sous-tend un objectif.

Je cite le cas de la sélection car il est intéressant pour 3 raisons principales :

• C'est le fondement de la théorie de l'évolution darwinienne. Mais on parle alors de sélection naturelle pour bien préciser que ce n'est pas un concept finaliste, avec un dessein intelligent. Ce qui est le cas pour la science actuelle. Mais ça dénote du coup son haut degré de complexité qui le met hors de portée de l'évolution prébiotique.
• Dans les théories prébiotiques on utilise souvent le processus de sélection comme moteur de l'évolution de l'état prébiotique étudié. La théorie la plus en vogue utilisant la sélection est la théorie du monde ARN. Or la sélection n'a de sens qui s'il y a reproduction intégrale de l'entité étudiée, notamment le protobionte, et non seulement un de ses composants qui est l'ARN dans cette théorie. Ce qui nous remet toujours dans le paradoxe de l’œuf et de la poule.
• La troisième raison pour laquelle je cite ce processus, hors de portée de l'évolution prébiotique, c'est qu'il doit être l'aboutissement même de l'évolution prébiotique. On ne doit pas donc le considérer pendant cette évolution.

Cette démarche donc de considérer des processus fondamentaux communs au vivant et à l'état prébiotique m'est apparue très fructueuse comme l'atteste les conclusions aux quelles aboutit son ébauche dans « continuité entre évolution moléculaire et darwinienne ». Réflexion que je vais exposer et développer encore plus dans cet article. Au workshop de OQOL2014 a été proposée une question de travail pour l'avenir comme telle :

Quelles sont les caractéristiques propres au vivant ?

Cette question me paraît à priori beaucoup moins pertinente pour la recherche sur les origines de la vie que la question qui pourrait remplacer ma réflexion sur les processus fondamentaux communs au vivant et à l'état prébiotique comme telle :

Quels sont les processus fondamentaux communs au vivant et à l'état prébiotique ?

Pourquoi cette dernière question est plus pertinente?

Parce que la 1ère nous concerne et on serait plus enclin à donner plus d'importance à certains processus qui sont loin de l'état prébiotique. Que une fois réunies toutes les caractéristiques propres au vivant il faudra trouver le processus qui permettra de passer du prébiotique au vivant et qui par définition n'est pas une caractéristique du vivant.

La 2ème question sera d'autant plus pertinente que l'on identifiera exactement la part prébiotique et la part biologique d'un processus qu'on aura conçu. Cela n'est pas facile aussi, car nous faisons parti du vivant, mais nos connaissances actuelles du minérale et du vivant ( physique, chimie, biologie et psychologie) nous permettront de hiérarchiser les processus du plus minéral à celui plus proche du vivant. C'est cette continuité qui nous permettra d'avancer, en éliminant l'anthropomorphisme comme on l'a vu précédemment pour l'information et la réparation.

 Paris 16.12.14

reformulation

La gravitation

Contrainte / liberté

L'électromagnétisme

• Les liaisons faibles : Organisation et zwitterions.

• Les liaisons fortes : Liaison covalente biotique, toute liaison covalente doit être imposée par la contrainte et l'organisation. Donc aucune réaction spontanée. La raréfaction des molécules d'eau libres, les autres étant adsorbées par les structures provoquées par l'organisation, déplace les équilibres chimiques de toute réaction faisant intervenir l'eau notamment interdiction des hydrolyses et accumulation des molécules les plus énergétiques obtenues par condensation déshydratante. Par contre la majorité de l'organisation par liaison covalente va se faire par les transferts de groupes notamment phosphorés. La raréfaction de l'eau libre se fait par le principe d'organisation qui permet la ségrégation Na/K.

Les interactions

• Compatibilité : interactions entre les constituants du vivant; entre les aas ( réactions intramoléculaire ou plutôt d'intra-groupe d'aas ) interaction minimale; entre aas et ARN interaction maximale pour empêcher toute réaction spontanée extra-groupe de l'ARN. Inhibition et modification de l'ARN, protection et réparation de l'ADN. Toute molécule du métabolisme produite avec liaison covalente doit être compatible avec les aas et doit subir la contrainte des structures et notamment celle des groupes d'aas libres, reliés par des liaison hydrogène. La membrane doit être compatible avec les aas ( tête zwitterionique des PLDs et leur queue est inactive et hydrophobe comme le radical de certains aas ) et avec les nucléotides (phosphate). Par contre c'est la membrane qui définit par son organisation et sa structure l'espace de compatibilité.

• Cohérence : interactions de la cellule avec son environnement. Donner la définition de la cohérence et ses propriétés. Cohérence nulle gaz parfaits, cohérence de l'eau variable de presque nulle dans la vapeur à maximum dans cristal de glace à très haute pression, cohérence max cristaux. La cohérence peut être étudiée à n'importe quelle échelle ( particule, noyau, atome, molécule, structure de dimension quelconque). Pour les origines de la vie je considère les cohérences relatives dans l'eau liquide des macromolécules ou des structures comme le liposome. Parler de celle des ions organisateurs ( cohérence de l'atome qui sous-tend les propriétés que nous avons vues dans le principe d'organisation ) et des petites molécules dont la cohérence concerne la chimie intra-moléculaire.

  • Le liposome: structure unique dans le monde moléculaire. Il allie une contrainte maximum à 2 dimensions où les PLDs sont totalement libres et ne peuvent échapper. Son organisation est unique aussi car c'est une surface fermée (alors que les surfaces minérales sont ouvertes et infinies), il est constitué de 2 phases monomoléculaires (épaisseur d'une seule molécule de PLD). Cette cohésion est aussi unique parce qu'elle est basée sur la topologie sphérique qui apporte une cohésion géométrique. Sa cohésion physique est due aux forces faibles qui est renforcée par la cohésion apportée par la dynamique des têtes hydrophiles zwitterioniques auxquelles peuvent s'amarer les aas.  La cohérence apportée par les têtes peut être à l'origine de la chiralité des aas, mais en tout cas la cohérence apportée par la chiralité L des aas s'additionne à celle des queues aliphatiques, alors qu'elle serait nulle ou plutôt négative si leur chiralité était D. Pour l'origine de la vie la simplicité de la tête est effarante et relie par 4 liaisons covalentes (la liaison ester, elle est la plus facile à établir après celle de l'hydrate d'acide) un minéral, le phosphate, le glycérol adapté pour une cohérence minimale (2 chaînes aliphatiques) avec une souplesse maximale et une amine à 2 carbones adaptée aussi à une cohérence maximum apportée par la liaison ionique entre le phosphate d'un PLD et l'amine du PLD voisin. A la grande simplicité de la synthèse de la tête s'oppose le paradoxe de l’œuf de la poule, car le glycérol est la molécule biologique la plus difficile à obtenir dans des conditions prébiotiques. La réaction de formose en produit en quantité infime. Résoudre cette énigme c'est considéré le liposome comme le début de la vie.

  • Les protéines

    • Les groupes d'acides aminés non liés par la liaison peptidique: Le groupement des aas est favorisé par la structure, la géométrie, la cohérence du liposome et par l'organisation des petites molécules à l'intérieur suite à la ségrégation Na/K. Ces regroupements ont une propriété principale qui les différencient des protéines, c'est de ne pas avoir des aas liés par une liaison peptidique. Ils peuvent adopter alors des configurations plus ou moins temporaires et plus ou moins fortes suivant la cohérence du groupe établie par les 7 autres composantes de la cohérence des protéines (voir suite). Cependant leurs zwitterions peuvent établir une liaison peptidique ionique ou hydrogène, mais non covalente. Ces zwitterions peuvent à tout moment interagir avec d'autres type de zwitterions (PLDs), avec d'autres molécules notamment avec l'aromaticité (bases nucléiques), la polarisation ou les charges. Ces groupements n'ont pas nécessairement une grande efficacité, mais nous savons qu'un simple aa peut être catalyseur (ref.). Ces groupements peuvent agir quand certaines contraintes apparaissent dans les structures, c'est le cas de la formation des pores en même temps que se forme la membrane prébiotique. C'est le cas aussi lors de la formation des têtes hydrophiles quand les vésicules ne sont formés que d'acides gras présentant une surface quasi minérale (sans zwitterions). Mais ils peuvent aussi rassembler les bases nucléiques et les mettre côte à côte favorisant ainsi des groupements analogues mais formés de bases aromatiques, qui eux possèdent, même non liées, une grande puissance de cohérence. Si en plus ce sont des groupements de NMP ou NDP ou NTP appariés ils peuvent créer de fortes contraintes qui feront réagir les groupements d'aas qui les accompagnent. On peut considérer que, étant donné la force de la cohérence aromatique et les contraintes qu'elle puisse générer même s'il n' y a pas liaison phosphodiester, étant donné la présence des groupements d'acides aminés à côté des groupements des bases nucléiques, étant donné les déplacements des équilibres chimiques effectués par la ségrégation Na/K favorisant les condensations déshydratantes, les premières liaisons phosphodiesters covalentes puissent se former soit par condensation déshydratante ou par transfert de groupe. Ces 1ères liaisons covalentes, même si elles sont rares et difficiles à se faire, elles se situent au sommet de la pyramide de la chaîne des réactions imposées par l'organisation du liposome et la ségrégation Na/K. Cependant il faut noter que la plus grande cohérence obtenue par les groupements d'acides nucléiques est celle faite par les dN. Dans chiralité prébiotique (discussion) j'ai montré que dans le métabolisme actuel tous les dNs peuvent être obtenues par les réactions  EC.2.4.2. qui unissent une base au dR. Ces enzymes sont très simples. Par ailleurs j'ai proposé dans évolution de la membrane prébiotique que les dNMPs peuvent se former à partir des bases nucléiques qui sont hydrophobes  (et incluses dans la membrane) et de D-glycéraldéhyde plus l'acétaldéhyde. Le 1er est le 2ème produit de la réaction de formose supposée survenir dans la soupe prébiotique et à l'initialisation du métabolisme avant la ségrégation Na/k. Le 2ème est parmi les 1ers produits de la réaction de Fischer-Tropsch supposée à l'origine de la soupe prébiotique. Cette synthèse hypothétique est l'équivalente proposée pour la synthèse de la 1ère liaison ester entre un acide gras et le glycérol sur la surface des vésicules d'acides gras (voir chiralité prébiotique). Il y a création d'un cercle vertueux car ces liaisons phosphodiesters augmentent la cohérence de l'ADN qui à son tour augmente les contraintes qui à leur tour sollicitent l'intervention des groupements d'aas.

    • La structure secondaire et tertiaire des protéines: hélices et dipôles, feuillets beta et présentation des radicaux ( fonctions de la chimie organique ) sur une surface ( donc plus ou moins rigide ) à l'instar des surfaces minérales qui exposent directement leurs propriétés minérale ( pas de fonctions chimiques organiques). La cohésion des protéines a 8 composantes.  6 composantes sont des forces physiques et 2 sont de nature géométrique créées par les ces forces physiques. 2 forces physiques concernent le squelette: les liaisons covalentes qui permettent les repliements donnant des zones de la protéine à cohérence locale et les liaisons hydrogène qui créent les 2 structures géométriques cohérentes que sont les hélices et les feuillets beta. 4 forces physiques concernent les radicaux: les forces ioniques, la polarisation, l'aromaticité et l'hydrophobicité. Ces 4 dernières forces permettent à la protéine d'interagir avec son environnement pour maximaliser sa cohérence, à elle, dans les conditions optimales biotiques. Ces cohérences locales créent des forces locales de puissance variable (les hélices créant les dipôles peuvent être de 3 à 67 aas de long) qui réorganisent les molécules d'eau de façon dynamique puisque les forces créées varient dans l'espace. Mais les forces de cohérence des radicaux, localement parce qu'ils sont de même nature, peuvent avoir un grand pouvoir organisateur sur d'autres types de molécules que l'eau: bases aromatiques, chaînes aliphatiques et toutes autres petites molécules du métabolisme.

    • La structure quaternaire: super-structures dont la puissance de cohérence est modulable et démontable à la manière du jeu de Lego.

  • L'ADN:

  • l'ARN:

L'évolution moléculaire

• Croissance prébiotique

• L'évolution prébiotique. Ce principe fondamental a été conçu pendant le voyage de Tanger à Paris du 14.12.15. Mais je ne l'ai mis ici que le 16.

• Reproduction

Paris 19.12.14

L'évolution moléculaire

• Croissance prébiotique: synthèse des dN, voir chiralité prébiotique/discussion dans le paragraphe EC.2.4.2.1. C'est la croissance de l'ADN par duplication et les enzymes de réparation, voir moteurs moléculaires Tanger 12.12.14 dans le concept global.
  

• L'évolution prébiotique. Ce principe fondamental a été conçu pendant le voyage de Tanger à Paris du 14.12.15. Mais je ne l'ai mis ici que le 16. Après la croissance même infime de l'ADN comme on doit le voir dans le paragraphe précédent, la transcription vient juste après, avec le moteur moléculaire de la transcription plus simple que celui de la réplication qui nécessite la synchronisation avec la membrane et le métabolisme et ne se réalise qu'après toutes les transcriptions. Lire les pages suivantes sur la RNA polymérase: wiki-en, CRP-EcoCyc (cAMP regulator protein), CRP-uniprot, subunit α. Dans wiki-en il est dit qu'il y a des évidences que la RNA polymérase corrige les mismatchs bien qu'elle n'ait pas d'exonuléase. Par ailleurs la transcriptase réverse n'existe que chez les virus à ARN que je positionne après l'apparition de la reproduction puisqu'ils vont utiliser l'ADN polymérase comme modèle et les ressources produites en continu par la traduction. La traduction est l'aboutissement de l'évolution prébiotique, suivie de la reproduction. J'ai étudié aussi les modifications des bases des ARN pour essayer de comprendre le pourquoi de la Thymine dans l'ADN. Voir pour cela Modomics et le calc dans le dossier "hta160/GlobCoooLife/Eeepc91113/rna-bases/Bases modifiées.ods".

• Reproduction: C'est l'aboutissement de l'évolution prébiotique avec la mise en place du moteur moléculaire, DNA polymérase.
  

Paris 22.12.14

L'électromagnétisme

• Les liaisons faibles : Organisation et zwitterions.

• Les liaisons fortes : Liaison covalente biotique, toute liaison covalente doit être imposée par la contrainte et l'organisation. Donc aucune réaction spontanée. La raréfaction des molécules d'eau libres, les autres étant adsorbées par les structures provoquées par l'organisation, déplace les équilibres chimiques de toute réaction faisant intervenir l'eau notamment interdiction des hydrolyses et accumulation des molécules les plus énergétiques obtenues par condensation déshydratante. Par contre la majorité de l'organisation par liaison covalente va se faire par les transferts de groupes notamment phosphorés. La raréfaction de l'eau libre se fait par le principe d'organisation qui permet la ségrégation Na/K.

• La résonance: Dans une molécule les électrons de valence entrent plus ou moins en résonance. Dans un atome l'ensemble des électrons changent de conformation par résonance. On entre dans le domaine de la quantique. La résonance concerne surtout les petites molécules, les atomes de plus en plus lourd. C'est plus que de l'organisation. Mais une structure a aussi de la résonance, certes très faible mais elle existe. Par exemple les phonons des surfaces. La nécessité d'introduire ce principe c'est le rôle des cofacteurs donc les petites molécules du métabolisme et les métaux de transitions. La résonance maximum est obtenue avec porphyrines: un métal coordonné  dans une molécules, hèmes, B12, clusters Fe-S... Mais la résonance est à la base surtout des acides nucléiques monomères puis polymères. L'ADN crée une résonance de structure, mais pas l'ARN. La résonance de l'ADN se fait dans une dimension, alors que la résonance d'un cristal se fait en trois dimension. Le liposome a une résonance en 2 dimension et beaucoup plus faiblement une résonance en 3 dimension, radiale. L a résonance vient après l'organisation, la liaison forte et la cohérence. L'ARN perd sa cohérence et sa résonance et expose la résonance des bases auxquelles répondent les aas et les protéines. Les protéines et les groupements d'aas ont des résonances morcelées avec des sous-structures très résonantes et unidirectionnelles, les dipôles ne faisant pas intervenir les radicaux  et des structures à 2 dimensions faisant intervenir les radicaux qui peuvent alors avoir une résonance individuelle exacerbée par la résonance de structure, les feuillets béta. Dans les feuillets béta les radicaux peuvent alors intervenir dans l'établissement de liaisons covalentes grâce aux sauts d'électrons. Dans une surface beta les radicaux sont exposés à l'environnement sur un support fixe alors que les aas sont libres de se déplacer en 3 dimensions.
  

 7.2.15  Paris

Il faut mettre la résonance dans les interactions après la cohérence parce que c'est une force qui  émane d'une organisation / structure. Elle est énorme dans une seule dimension. Et c'est l'aboutissement de l'organisation avant le départ de l'évolution prébiotique qu'elle doit initialiser d'ailleurs. Car si toute liaison covalente de type thermodynamique est interdite (voir le paragraphe liaison forte) la 1ère qui s'établira entre 2 acides nucléiques et surtout deoxynucléique, sera piégée dans la croissance de l'ADN. Ce piège est créé par la contrainte globale qui découle de la mise en place de la structure et de l'organisation globale du liposome.

Il faut développer le principe de compatibilité. Jusque là il est né de la recherche de l'interaction entre les acides aminés. Ensuite j'ai avancé en étudiant les interactions  entre ces derniers et les acides nucléiques ( voir dans ce blogue Hors programme, paragraphe pyramide des éternels). En entamant  la recherche sur les acides nucléiques prébiotiques j'ai commencé avec l'idée de trouver les enzymes les plus simples. Mais le fait que certaines enzymes clés sont d'une complexité intermédiaire entre ces simples enzymes et les moteurs moléculaires que sont les polymérases, les ribosomes et les chaînes énergétiques, le fait qu'elles font intervenir souvent des clusters Fe-S et ou plusieurs métaux de transitions m'ont remémorer mes premières  recherche sur le groupement d'aas et de cofacteurs comme début du métabolisme. Hors j'avais quitté  cette voie de recherche à cause de la diffusion en milieu aqueux. Voir pétrole prébiotique. L'état d'avancement de ma réflexion me permet maintenant de ne plus considérer les groupements d'aas dans la structure organisatrice du liposome, seuls, mais de les associer avec les cofacteurs minéraux qui ne nécessitent aucun développement métabolique. Ces groupements assistés par les forces de surface et l'organisation globale, au centre du liposome avec les acides nucléiques, le Mg et le K; dans ou incrustés dans la membrane peuvent, même faiblement, donner naissance à des molécules clés comme la phosphorylation des nucléosides ( EC 3135), la déshydrogénation des ribonucléotides ( EC 1.17.4.1 et 2)  etc.... (à poursuivre). 

J'ai retrouvé l'idée des 1ères enzymes attachées à la membrane (chimio-osmose prébiotique) avec EC 3523 chez E.Coli. C'est très intéressant parce quelle se trouve dans la voie de synthèse de novo de l'Uracile.

 Fractalisation:  Le principe des fractals ici ( pas au niveau mathématiques) c'est qu'on peut reprendre l'évolution moléculaire dans n'importe quel environnement biotique. C'est ainsi que les organelles, le noyau vont évoluer dans le cytoplasme de certaines bactéries pour donner les eucaryotes. Les virus vont évoluer différemment dans les bactéries et les eucaryotes. Il y a même des virus de virus. On retrouvera non pas l'évolution prébiotique, mais une évolution propre à chaque soupe biotique. C'est ainsi que chez les eucaryotes les virus à ARN seront plus abondants et variés utilisant un monde ARN évolué. Les virus des bactéries seraient plutôt des virus à ADN. Les organelles, mitochondrie et chloroplaste, vont évoluer comme en prébiotique mais avec une interaction avec un milieu extérieur riche en structures et molécules biotiques. Les échanges avec le cytoplasme de la cellule hôte va être de toute autre nature mais gardant les principes fondamentaux de l'évolution prébiotique, du principe de contrainte/liberté jusqu'à la reproduction. Le noyau lui aussi va suivre les principes fondamentaux jusqu'à la croissance. Sa reproduction s'intègre à celle de la cellule, par contre sa réplication ressemble beaucoup à la duplication du principe de la croissance prébiotique. Les virus eux vont soit passer directement de l'organisation à la reproduction sans passer par les interactions avec le milieu extérieur puisqu'ils utilisent directement la machinerie protéique de la cellule avec les moteurs ( polymérases ) qu'ils transportent et reproduisent; soit ils vont amorcer une évolution moléculaire comme les phages qui transportent des tRNAs ou les mégavirus qui se dotent de membrane, de protéines ribosomales et de tRNAs. On retrouve en filigrane les étapes de l'évolution prébiotique: la croissance par réplication, la transcription comme moyen d'évolution, évolution à répétition des rRNAs et tRNAs, interactions de ces RNAs avec les aas jusqu'à développer des protéines ribosomales sans pour autant atteindre l'autonomie.

Je résume ici la nouvelle hiérarchie dans le temps et l'espace comme suite:

1. Contrainte / liberté
2. Organisation
3. Liaison covalente biotique
4. Compatibilité
5. Cohérence
6. Résonance
7. Croissance prébiotique
8. Évolution prébiotique
9. Reproduction
10. Fractalisation

 

22.2.15 Paris

En écrivant les nucléotides prébiotiques il m'a semblé qu'il  fallait changer le titre du concept global. "La recherche sur les origines de la vie: les principes fondamentaux", ce titre paraît un peu pompeux. "Nucléotides prébiotiques" me paraît plus adéquat car l'adjectif "prébiotiques" résume succinctement "la recherche sur les origines de la vie".  C'est "principes fondamentaux" qui paraît pompeux. Cependant l'introduction à ces principes et leurs définitions sont essentiels et je les maintiens dans la démonstration et l'argumentation.  L’ambiguïté évidente du titre "nucléotides prébiotiques" permet d'introduire le plan de ma réflexion: relever cette ambiguïté revient à dire ' si vous traiter des nucléotides c'est que vous êtes déjà dans le biotique, et donc ils ne peuvent pas être prébiotiques'. L'astuce c'est de dire que le biotique ne peut être conçu qu'à partir de la reproduction du protobiotonte et donc que les nucléotides qui interviennent entre la soupe prébiotique et la reproduction durant cette évolution moléculaire peuvent être qualifiés de prébiotiques. Mais contrairement au monde ARN où ces nucléotides sont fournis à la demande et se comportent comme les ARNs modernes et sans la présence de l'ADN, mes nucléotides prébiotiques, ADN et ARN ensembles, vont se comporter de façon tout à fait différente du biotique car ils sont fournis au compte-gouttes par la soupe prébiotique et ensuite par l'évolution moléculaire et doivent, en coopération avec les acides aminés prébiotiques et le liposome, créer le métabolisme.

Mes réflexions, que je développerai dans un chapitre particulier, m'ont conduit à admettre que c'est l'ADN, sous sa forme prébiotique, qui va provoquer les contraintes nécessaires à la création des autres structures et du métabolisme. Aussi on entrevoit le plan général des résultats de ma réflexion:

• Imaginer un environnement géochimique le plus probable pour la production en continu de la soupe prébiotique;
• Formation des liposomes et mise en place par le liposome et les aas prébiotiques qui l'accompagnent, de l'ADN prébiotique;
• Création des autres structures et du métabolisme par l'ADN prébiotique jusqu'à la reproduction.

 

Les 3 1ers articles que j'ai écrit, dans l'ordre pétrole, chimio-osmose et chiralité prébiotique,

• m'ont permis certes d'entrevoir certaines solutions comme:
  • l'origine de la chiralité
  • la formation des liposomes
  • la chimio-osmose comme moteur de l'évolution moléculaire et
  • le rôle prépondérant des aas dans l'organisation;
• mais m'ont permis surtout, petit à petit le long de la réflexion, à concrétiser les obstacles qui s'opposent à mes à priori et donc de reposer les questions de l'évolution moléculaire autrement:
  • Formation des canaux d'échange à travers la membrane, question à laquelle j'ai répondu par la membrane prébiotique;
  • Mise en place du potentiel électrique de la chimio-osmose à la quelle j'ai répondu par la ségrégation Na/K. Cependant ce potentiel n'est pas suffisant à lui seul pour induire la condensation déshydratante de l'ADP + P en ATP. Est-ce qu'il faut la phosphorylation au niveau du substrat auparavant? Comment sont mis en place les complexes énergétiques membranaires?
  • Interaction entre le liposome et son environnement: Le problème de l'interaction du liposome avec son environnement à partir des concepts de physique classique est apparu très tôt dans ma réflexion dans chimio-osmose prébiotique. J'ai dû le reconsidérer complètement à partir de la physique des milieux condensés et à étendre le nouveau concept aux interactions entre les structures et entre ces structures et leur entourage, à l'intérieur du liposome.
    
  • La réplication: La réflexion évoluant petit à petit m'a conduit à considérer le problème de la réplication, cher au monde ARN, comme un faux problème ou comme à mettre la charrue avant les bœufs. La réplication n'a de sens que pour la reproduction qui elle nécessite entre autre la réplication de l'ADN. La réplication de l'ARN du RNA World ne peut se mettre en place qu’après la reproduction. En atteste la presque absence des virus à ARN chez les bactéries.
  • L'équilibre thermodynamique: En me focalisant sur l'origine des briques élémentaires de la soupe prébiotique j'ai toujours remis à plus tard l'originalité de la chimie biotique qui fait que les réactions à l'intérieur de la cellule se font toujours très loin de l'équilibre thermodynamique. Alors que par continuité, car on admet mal de passer immédiatement à ce stade, l'initialisation du métabolisme peut commencer dans la soupe prébiotique avec les lois de la thermodynamique classique. Certes il faut une continuité mais surtout il faut mettre en place cet état loin de l'équilibre thermodynamique pour commencer à parler de chimie biotique. Après la formation du liposome il faudrait mettre en place cette discontinuité, du moins théoriquement.

1.3.15 Paris

Le principe de continuité

Un principe c'est comme un postulat. Je pose comme point de départ, sans aucune argumentation, que la matière est continue et se comporte de façon continue. Le vivant étant fait de matière, s'il a une propriété donnée la matière doit avoir une propriété semblable qui va évoluer de façon continue vers celle du vivant.

Le concept de continuité/discontinuité

Un concept est une évidence par rapport à nous, nous en tant qu'être pensant. Je discerne des individus, donc pour moi il y a discontinuité. Pour moi je sens que le temps, en tant que durée, est continu. La conception de la réalité se fait toujours, dans notre système de pensée, par la dualité thèse/anti-thèse. Mais en tant qu'être pensant l'anti-thèse de la réalité ne se conçoit pas. On ne peut pas imaginer l'irréel d'où la phrase célèbre de Pascal 'je pense donc je suis'.  Aussi je transforme en concept les principes fondamentaux que j'ai édicté jusqu'à maintenant. Le seul principe que je garde est le principe de continuité qui a valeur de postulat. Ainsi il vient:

1. contrainte / liberté
2. organisation / structure
3. liaison covalente biotique/abiotique
4. action / réaction, que je différencie en compatibilité pour les actions/réactions entre entités du vivant ( pour l'évolution moléculaire à l'intérieur de la cellule) et en cohérence pour les actions/réactions entre les entités du vivant et leur environnement minéral.
5. la résonance
6. la croissance prébiotique
   
7. l'évolution prébiotique
8. la reproduction
9. fractalisation

Il faut signaler la polémique de la continuité en physique théorique: David Tong, 'Quantique mais non discret' dans Pour La Science N° 423 de janvier 2013. Il relève qu'on ne peut numériser les lois fondamentales de la physique parce que les fermions ont une propriété chirale qui, elle, ne peut être numérisée: la force faible agit sur un fermion (électron) qui est entrain de tourner dans le sens anti-horaire (ouvrir) mais n'agit pas sur un fermion  qui tourne dans le sens horaire (fermer).

 20.3.15 Paris

Je reprends la hiérarchisation des concepts car il m'est apparu que la résonance aromatique entre plusieurs molécules peut se faire sans liaison covalente, donc ressemblant de ce fait aux liaisons non covalentes de l'organisation. Ensuite la liaison covalente biotique ne peut apparaître que sous la contrainte la plus puissante qu'est effectivement la résonance aromatique organisée. Les 2 parties du concept d'Action / Réaction vont être séparés: la cohérence valable pour les organisations non covalentes, puis covalentes; la compatibilité concernant les liaisons biotiques uniquement ( dans leur synthèse ou leur destruction).

1. contrainte / liberté
2. organisation / structure
3. résonance
4. cohérence pour les actions/réactions entre les entités du vivant et leur environnement minéral.
5. liaison covalente biotique/abiotique.
6. Compatibilité pour les actions/réactions entre entités du vivant contenant des liaisons covalentes biotiques. Elle ne concerne pas les liaisons non covalentes puisque ce sont dernières qui sont à l'origine des organisations qui leur donnent naissance. Par contre les organisations contenant des liaisons covalentes donnent de nouvelles contraintes qui donneront naissance à de nouvelles liaisons covalentes qui doivent être compatibles avec les 1ères liaisons biotiques et leur donnent du coup l'identité biotique.
   
7. la croissance prébiotique
   
8. l'évolution prébiotique
9. la reproduction
10. fractalisation

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.

 

 

 

 

 

14.4.14 Paris

  Ceci concerne l'article de la continuité entre évolution moléculaire et darwinienne. L’évolution par morceaux fait allusion à la continuité par morceaux en mathématiques. Cette notion de continuité par morceaux n'est pas en contradiction avec celle entre EM et ED. Elle est en accord avec le principe de contrainte/liberté qui stipule que rien n'est absolu. Et de point de physique on n'a pas encore démontré la continuité absolue ( voir article récent sur la continuité dans PLS ).

Genèse de cette idée

   Elle découle effectivement de l'article sur la continuité  EM-ED. Seulement je n'ai pas encore abordé la démonstration, je n'avais appliqué les principes de cet article qu'à l'ADN, ce qui a aboutit à la nécessité d'avoir 2 paires de bases et non une ou trois. Dans cet article l'ARN paraît comme une copie de l'ADN qui va poursuivre son évolution en interaction avec les protéines, l'évolution moléculaire de l'ensemble provenant d'abord de l'interacion des facteurs de transcription avec l'ADN ( principe A/R ) eux-mêmes issus de l'interaction environnement/liposome grâce aux zwitterions du liposome et des acides aminés.

   Dans les 3 1ers articles issus du détricotage j'avais abordé la simplicité de la réplication par rapport à la traduction ( où j'ai mentionné le rôle primordial de la duplication. J'avais abordé ensuite la non-informativité de l'ARN avec les tRNA syntases ( ce qui a conduit à ce que le code génétique est déterminé par l'ARN et les protéines avec ce qu'on appelle le "2ème code génétique"; mais ça a conduit aussi à ce que les tRNA syntases  sont le summum de l'évolution moléculaire alors que le ribosome serait un robot ). Enfin j'ai abordé la famille des acides aminés codants montrant pour la 1 ère fois la continuité de EM entre liposome et protéines, les protéines transformant les principes ' C/L, Organisation et A/R ' d'un état qui est propre au liposome en un autre état prpre aux protéines ( 2 dimensions pour le liposome, 1 dimension pour les protéines mais en morceaux plus organisés et donc produisant des forces plus grandes ).

  C'est pour démontrer que les acides aminés codants forment un groupe que j'ai introduit le principe de "bio-compatibilité": la condition suffisante pour qu'un acide aminé appartienne à ce groupe c'est qu'il ne contrevienne pas aux opérations ( sens mathématique ) des protéines, c.a.d acylation, peptidisation et hydrolyse. En écoutant une conférence sur la bio-compatibilité avec les os, il a été mentionné que le subtitu de l'os doit être "neutre", c.a.d pour moi qu'il ne doit pas provoquer des réactions chimiques et notamment établir des liaisons covalentes. C'est ce terme de compatibilité qui me paraît le plus adéquat. C'est ainsi que les radicaux des acides aminés dans la protéine ne doivent pas avoir de liaisons fortes et même hydrogènes entre-eux. Or j'avais depuis longtemps insisté sur le fait que l'ARN ne peut pas être libre et qu'il est toujours chélaté par des protéines. Et en fait c'est vrai car les radicaux ( les bases ) de l'ARN sont très réactifs notamment avec l'uracile, mais aussi les liaisons hydrogène établies entre bases en plus de l'activité hydrolytique du 2'OH du squelette. Tout ça n'existe pas chez les acides aminés où seul le squelette peut établir des liaisons hydrogène avec lui-même.

  Enfin le 9.4.14 je différencie entre évolution des protéines et évolution des acides nucléiques. Les protéines évoluent à partir du liposome par ajout d'un monomère à la fois alors que les acides nucléiques eux, grâce aux appariements peuvent évoluer par bloc, c'est la duplication. Le 13.4.14 j'ai noté les voies et les étapes de l'évolution moléculaire ( dans l'esprit de la continuité globale) comme suite:

• Délégation de l'ADN à l'ARN par appariement dans ce sens ADN vers ARN, et procédant par duplication.
• Délégation du liposome aux protéines par piégeage zwitterionique dans la membrane puis peptidisation d'un acide aminé à la fois.
• Seuls 4 principes sont transformés lors de ces délégations: C/L Organisation A/R et Production.
• Il n'y a pas reproduction des intermédiaires, ARNs et protéines. Seuls l'ADN et le liposome se reproduisent. D'abord le liposome seul puis le liposome et l'ADN en synchro.
• La continuité séquentielle liposome protéine ARN puis ADN n'existe pas.
• Les délégations et les évolutions qui s'ensuivent se font en parallèle.

Synthèse des processus physico-chimiques mis en jeu dans l'évolution par morceaux.

• Les facteurs de transcription en dernier ( pour ADN ).
• Les duplications en 1er ( pour les acides nucléiques ).
• Les réparations de l'ADN, ou bien au début piégeage et confinement des acides nucléiques aidés par la membrane. Évolution en réplication = continue et par morceaux ( fragments Okasaki ).
• Les modifications post-transcriptionnelles  de l'ARN.
• Chélation de l'ARN par les protéines, évolution vers la traduction. La chélation des monomères ARN aidée par la membrane.
• Piégeage des acides aminés par le liposome.
• Création de pseudo-peptides dans la membrane puis peptidisation.
• Constitution du groupe des acides aminés codants. Évolution vers les tRNA syntases.
• Alimentation du groupe des acides aminés codant et des acides nucléiques par le métabolisme central.

Les étapes de l'évolution moléculaire par morceaux.

Introduction

  Mes 1ères réflexions, que ça soit dans chiralité prébiotique ou dans continuité entre EM et ED, donnent la primauté au principe A/R pour la continuité de l'évolution et notamment dans la séquence environnement ---> liposome ---> facteurs de transcription ---> ADN ---> ARN. Ce principe n'est réalisable que si le principe d'organisation est mis en place créant les contraintes nécessaires à la transmission des signaux qui vont de l'environnement à l'ADN.

  Seulement, au début de l'évolution, l'ADN n'est pas encore là pour réagir aux facteurs de transcription produits théoriquement par le liposome.

  Reprenons donc le scénario de l'évolution moléculaire à son début, c.a.d au niveau de la membrane avec la synthèse des bases-sucres  et des PLDs (phospholipides) avec le glycéraldéhyde, des acides aminés de l'intérieur avec les réactions proches de la réaction de formose ( S T C G A D E et éthanolamine ), et avec le piégeage des autres acides aminés ( aliphatiques ) et des bases nucléiques par cette membrane.

Les étapes

1. Chélation des mono-ARNs par les protéines ---> évolution vers le métabolisme central.
   Chélation des mono-ADNs et formation du PLD dCytosine  ( phosphatidyl dCytosine qui sera remplacé par le phosphatidyl sérine ), et peut-être attachement d'un oligo-ADN à la membrane.
2. Chélation des mono-ADN puis ligation ---> évolution en oligo-ADN
3. Appariement des mono-ARNs aux oligo-ADN puis ligation ---> évolution en oligo-ARN
4. Duplication des oligo-ADNs par ligation aux extrémités puis modifications et réparation ---> évolution par croissance comme les cristaux ( stockage de l'information ).
5. Chélation des oligo-ARNs par les protéines ---> évolution en tRNA syntases et modifications post-transcriptionnelles.
6. Appariement des mono-ADNs aux oligo-ADNs puis ligation ---> évolution en ADN double brin.
7. Ouverture de l'ADN double brin par des facteurs  ( équivalents aux facteurs de transcription ), synthèse de l'ARN ribosomale de grande longueur, chélation par les protéines et modifications ---> évolution vers les ribosomes.
8. Ouverture de l'ADN double brin par les prémisses des protéines de réplication ---> évolution vers la réplication.
9. Ouverture de l'ADN double brin par les facteurs de transcription ---> évolution vers la transcription et interaction avec le liposome et l'environnement.
10. Chélation des ARNms par les ribosomes ---> évolution vers la traduction, c'est la convergence des évolutions mono-ARNs, tRNA syntases et ribosomes.

Les évolutions par morceaux

   J'ai détaillé précédemment les étapes de l'évolution globale en partant du plus petit au plus grand. Certaines étapes sont peut-être superficielles; mais elles permettent de clarifier la succession des processus physico-chimiques comme par exemple l'appariement des bases-sucres, leur ligation et finalement la chélation du polymère nucléique par les protéines. Mais de cette description se dégagent 5 évolutions moléculaires par morceaux:

• Évolution des protéines avec les mono-ARNs ou sans.
• Évolution des tRNA syntases avec les oligo-ARNs.
• Évolution des ribosomes avec les ARNrs
• Évolution vers la traduction des ribosomes avec les ARNms
• Évolution de l'ADN en longueur par les processus de duplication, réparation, réplication et transcription.

  Chaque voie évolutive est basée sur une contrainte ( principe C/L ) qui est de neutraliser la réactivité de l'ARN ou au contraire de renforcer l'organisation de l'ADN double brin, inactive chimiquement. Les enzymes vont utiliser les mono-ARNs pour plus de catalyse et établir le réseau du métabolisme central. Les principes de l'évolution continue pour les 4 évolutions par morceaux ( C/L Organisation A/R Production ) vont se traduire par le métabolisme post-transcriptionnel pour tRNA, RNAr et RNAm qui aboutit à la traduction, et par le métabolisme de réparation, de duplication et de copie de l'ADN aboutit à la croissance de de celle-ci, à sa réplication et à la transcription. Le principe de reproduction s'applique à l'évolution globale qui intègre liposome et ADN de façon synchrone.

  Cependant au niveau globalles protections des ARNs aboutit à la synthèse de nouvelles protéines dont certaines vont faire croître et organiser l'ADN qui crée par sa résonance ( intrication ) une contrainte directionnelle sous forme de gradient de forces qui va de la contrainte du liposome, représentée par les potentiels électroniques et protoniques, vers la contrainte de l'ADN, représentée par sa résonance électronique et aromatique ( intrication ). Ce gradient de forces permet la transformation des principes d'Organisation, d'A/R, de Production et de Reproduction du liposome vers les principes de l'ADN, en passant par la transformation des principes C/L, Organisation, A/R, et Production des protéines sans tenir compte de l'ARN. La contrainte de la protection des ARNs ( et qui entraîne avec elle les transformations des autres principes sauf la Reproduction ) est entretenue constamment par la transcription qui apparaît dès lors comme le versant Liberté du principe C/L de l'ADN. Le circuit est ainsi bouclé puisque la traduction produit les protéines dont a besoin l'ADN et notamment la transcription.

  En parlant d'ADN dans ce qui précède on a l'impression qu'on a loupé l'initialisation. Et justement les 2 pôles du gradient de force entre ADN et liposome constitue le moteur de l'évolution globale et ce même à l'initialisation. En effet les mono-ADNs, mono-ARNs et les 1ères protéines confectionnées par le piégeage du liposome apparaissent tout à fait au début en même temps que la synthèse des têtes hydrophiles. L'organisation du liposome crée les conditions nécessaires des principes C/L, A/R, Production et Reproduction pour amorcer et maintenir l'évolution de l'ADN vers de plus en plus de résonance. Il suffit alors que le milieu environnant lui fournisse les éléments  ( et l'énergie ) nécessaire à cette évolution.

Le principe de bio-compatibilité

   Voir la famille des acides aminés codants et ici le paragraphe " genèse de cette idée". Il apparaît comme le point principal des évolutions à ARN. Il leur est intrinsèque comme le gradient de force l'est pour l'ADN-liposome. Ce n'est apporté ni par le liposome ni par l'ADN. Tout au plus ces 2 là imposent quelques exigences. Mais c'est la relation physico-chimique entre les acides aminés puis avec les ARNs qui permet une dynamique fluide de leur évolution. Toute molécule étrangère à cet ensemble est soit détruite, soit transformée en des éléments du groupe. D'où cette notion de métabolisme central.  

   Ce principe ressemble beaucoup au principe C/L sauf qu'il n’entraîne pas l'organisation d'une structure. Et justement il peut se permettre d'être presque absolu d'où les acides aminés codants très restreints. Le coté liberté de C/L se retrouve dans la dégénérescence du code génétique.

  Le principe de complexité dynamique

   Ou plutôt le principe de contrôle. Il n'apparaît pas à l'initialisation car le contrôle, je l'avais remplacé par le principe A/R ( voir continuité ). Il apparaît avec le principe de bio-compatibilité et la complexité croissante. A un certains moment l'évolution élabore un système tellement complexe en structure et dynamique qu'il devient de plus en plus sensible aux blocages même avec des molécules les plus neutres possibles, mais assez réactives cependant pour permettre le fonctionnement du système. C'est ainsi qu'apparaît le principe de contrôle. Un acide aminé qui, jusque là dans une protéine ne doit pas interagir avec ses semblables, en étant libre  il peut modifier la conformation d'une protéine . La complexité de la protéine est telle qu'elle produit des champs de forces d'intensités variables et dont certains sont si sensibles qu'ils réagiront à la force d'un acide aminé en un point donné de la protéine.

   Jusque là le principe de bio-compatibilité ne permettait que des interactions entre protéines ( surfaces à surfaces ) ou entre protéine et ARN dont la réactivité par base et la longueur de l'ARN est beaucoup plus grande que celle d'un acide aminé. Le principe de bio-compatibilité et celui de contrôle vont se retrouver à tous les niveaux du vivant, même dans une société. Et je dirai surtout les sociétés parce qu'elles sont de plus en plus grandes en masse, en nombre et en puissance de ses individus.

 

17.11.13 Paris

Reprise des écritures suite à l'accident de l'épaule du 7.9.13. Récapitulatif des recherches et remarques depuis le 25.8.13.

Suite à l'article en préparation ARN-continuité, il me semblait qu'il fallait considérer l'idée d'un ADN cristallin et son antécédence à l'ARN décrite dans l'article chiralité prébiotique où glycéraldéhyde-P+acétaldéhyde donne dR-P puis attachement à l'adénine.

Le cristal ADN  m'a amené à l'aromaticité (empilement) et aux cristaux liquides des écrans LCD. Mais l'ARN/ADN me posait le problème de la stabilité de ces 2 macromolécules. Puis je me suis rendu compte qu'il fallait vérifier mes connaissances en virus d'où Viralzone, puis les ARN en général, ARNt, ARNr et les bases de données des ARN: Modomics, ModeRNA, 5S rRNA, RDP, CRW, RNAseP, snoRNA

Auparavent, suite à la remarque suivante, Thr = acétaldéhyde+glycine (comme dR-P), j'ai voulu vérifier les statistiques des métabolites de E.Coli. Et j'ai étudié en fait ECMDB et les acides gras des liposomes qui posaient le pb des a.g. à 1 double liaison: Pourquoi 1 aliphatique+1 ag à double liaison? Les différents phospholipides (rechercher 'ps(', 'pe(', 'pg(' ,...), concentration des cardiolipides (article source), ma compilation.

Une idée a germée alors: il fallait revoir les intéractions entre macro-molécules. Le titre serait "détricotage du vivant" qui reprend la méthodologie de haut en bas. Celle-ci me paraissait vague parce qu'elle ne décrivait pas la méthode elle-même, alors que mon titre suppose qu'on tire un bout de fil qui paraît isolé, sans raison d'être, pour dénouer un petit peu le tricot. Alors que les voies métaboliques agissent au niveau des petites molécules et dont j'ai déjà fait la synthèse, les relations entre macro-molécules supposent une hierarchie dans le temps, une stratégie et toute déffaillance à une structure cohérente et logique permet de tirer des fils du tricot. Ainsi j'ai étudié les intéractions:

• liposome/protéines
• protéines/protéines: kinases, peptidases, protéases ...
• protéines/ARN: Ribosome, ARNt, ARNr, snoARN, le monde ARN ....
• protéines/ADN: réparation, facteurs de transcription, recombinaison ...
• les virus et la simplicité de la réplication, leur origine.

18.11.13

Rappels des notes (idées)

•  Attachement du chromosome à la membrane cytoplasmique au moment de la réplicaton (ARN-continuité): cours, L-form bacteria, inexistence du mesosome.
• Les bases nucléiques sont hydrophobes , donc peuvent prendre la place du choléstérol et présenter un NH pour une liaison C-N (éther-amide) avec le glycéraldéhyde-P de chiralité adéquate, comme DHA-P pour PLD. Voir Hydrophobic effect, Hydrophobicity scales, ECMDB. 
• A ce glycéraldéhyde vient se lier un acétaldéhyde pour donner une dNosine(voir chiralité prébiotique) ou un glycolaldéhyde pour donner un Nosine (Riboside). Ce dernier est le 1er produit de la réaction de formose.
• Voir dans ARN-continuité (dossier ordinateur): pka pour les bases et aromaticité + hydrophobicité des bases nucléiques.
• Comparer les propriétés physiques ADN/ARN, cristal minéral, polymères plastiques, protéines. L'ADN est un cristal linéaire qui peut s'ouvrir et sa force est dans l'aromaticité stabilisée par l'absence du 2'OH. Le cristal est basé sur les liaisons covalentes et ioniques en 3D. Le cristal peut contenir des impuretés. La réparation de l'ADN empêche toute impureté, même des molécules analogues (dU à la place dT).
• Voir ARN-continuité (sous-dossier ADN physique): l'intrication de l'ADN et le temps qu'il faut à une endonucléase pour retrouver son site sur l'ADN (exp. divisée par 40)= Maria Barbi et cours sur ADN physique.
• Le principe de duplication: doit être un principe de base, mais à mon avis ne peut être appliqué qu'à l'ADN qui se met en double brin. Une liaison ester au bout produirait un palyndrome. Comment faire un tandem?
• Toujours pour la duplication et l'initialisation du vivant, comment les 1ères protéines piégées par le liposome vont piéger les dNosines et les Nosines? Peut-il y avoir mélange? Comment se fait le tri?
• Retrouver ce dessin où des peptides sous forme d'hélices sont imbriquées à la membrane cytoplasmique, puis forment un trou par le poids de leur nombre (dossier peptide-membrane avec ARN-continuité). Que fait la gravitation ici?
• Je m'attendais à trouver beaucoup de bactériophages à ARN. Or c'est tout à fait le contraire. Il n'y a que 2 phages à ARN pour les bactéries et les archées, alors que les ADN prédominent. Plus les hotes sont évolués plus il y a des virus à ARN. Viralzone
• Le pandoravirus a 2500 gènes. Pourquoi alors ne contienne-t-il pas les gènes du ribosomes? Parce que sa mécanique est basée sur le gîte et le couvert: ribosome et aas. Il ne gère pas la relation avec le milieu extérieur à l'hôte. Lui ne gère que son extérieur dans la cellule. Quelle direction évolutive prend-t-il? Je crois que l'origine d'une espèce de virus donnée est l'hôte même: un transposon récupère une réplicase plus ou moins sophistiquée ( ligase, hélicase...) et certains gènes dont celui de la capside et ceux nécessaires à la lyse. Il empaquette les produits de lalyse avec lui, qui lui serviront à s'introduire dans un autre hôte de la même espèce. Son évolution peut être plus rapide que celle de l'hôte, car en général il n'y a pas réparation de l'ADN et les réplicases ne sont pas optimales.
• Les pandoravirus m'ont conduit donc à la conclusion que les organites sont de fabrique cellulaire et non une endosymbiose entre 2 bactéries. Car les 2 bactéries ont la même stratégie de construction parce qu'elles sont basées sur l'intéraction avec le milieu extérieur qui est le même pour toutes les 2.
• Le monde ARN : en plus de la remarque sur les phages à ADN plutôt qu'à ARN, la théorie du monde ARN n'explique pas pourquoi il n'y a aucun être à génome ARN et possédant membrane et ribosomes.
• Modifications des ARNt et des ARNr ---> évolution beaucoup plus complexe puisqu'elle nécessite la mise en place d'une série d'enzymes pour fabriquer de nouvelles bases (queuosine, wyosine) pour pour rendre plus efficace la traduction.  Modomics
• La fabrication de l'ADN, de ce point de vue , parait plus simple et impose en plus ses séquences: une fois le principe du codon à 3 N établi, la traduction doit s'y plier et trouver le moyen de devenir la + efficace possible.
• Dans l'étude des virus j'ai noté la simplicité de la réplication, et sa facilité. En effet il suffit qu'il y ait une fonction ligase, l'appariement fait tout le reste. La robustesse des bactéries tient dans leur système de réplication.

6.12.13 Paris

• Glutathion: une liaison peptidique par enzyme, EC6322,23 (eco KEGG).
• Tetratricopeptide: motifs qui permettent les interactions entre protéines, les peptides signaux et les transfert de protéines  (review PDF dans le dossier organelles).
• Sporulation chez les bactéries : formation d'une double membrane qui englobe l'ADN. Une autre façon de voir l'origine des organites : c'est une bactérie qui sporule et dont les 2 noyaux restent, évoluant un vers un noyau et l'autre vers une mitochondrie.
• En relation avec la sporulation des bactéries, la formation de la membrane nucléaire chez les bactéries (voir le sous-dossier noyau dans les anciens dossiers).
• De même il a été démontré que les vacuoles ne sont pas d'origine endosymbiotique mais originaire du réticulum endoplasmique.
• Origine des organelles: voir silene conica avec de nombreux chromosomes chacun portant un seul gène de CDS. La variabilité des organelles les apparente aux virus sauf que dans la plus part des cas ce sont des ADN avec des ribosomes (rRNA et protéines).
• Mais la variabilité des organelles fait penser qu'elles ont été fabriquées pour: des hydrogénosomes, mitosomes, des vacuoles de réserves sauf ADN jusqu'aux Rickettsies endosymbiontes: détoxyfication de O2, séparation photosynthèse et nitrogénase chez certaines bactéries, formation du noyau (membrane nucléaire).
• Les virus:
  • Si le monde ARN est antérieur à l'ADN, on s'attendrait à ce que les bactériophages soient de type ARN. Or c'est tout à fait le contraire.
  • La base des virus montre que la structure du virus dérive de l'hôte, comme les plasmides sont à côté de l'ADN de la cellule. Ainsi quand on passe aux êtres supérieurs, ayant développé le monde ARN (épissage), les virus ont un génome ARN.
  • Ce qui est frappant c'est la facilité avec laquelle les virus déploient la réplication. On peut trouver là peut-être des ficelles primitives qui auraient pûes être employées à l'origine de la vie.
  • La réplication semble si simple : il suffit d'apparier puis de lier 2 nucléotides voisins à la queue-leu-leu.
  • Différents types de réplication : ADN/ADN, ADN/ARN, ARN/ARN, ARN/ADN.
  • Des amorces pour primases sous forme de peptides: wiki, RNA, DNA.
  • Des virus ARN double brin chez la levure qui ne se propagent pas et restent dans l'hote: hypovirus.
  • Le pandoravirus qui rejoint les organelles avec tRNA, rRNA et correction des erreurs. Une idée serait une évolution à reculon: les virus retrouvant à reculon LUCAS (Mimivirus a 7 tRNA).
  • Organelles et virus ont très rarement les tRNA-synthétases (ou pas du tout).
• Modifications post-transcriptionnelles:
  • très grande importance jusqu'à imposer (ou compléter) le code génétique.
  • Queuosine et wyosine avec une chaîne métabolique pour fabriquer leurs bases. Mais il est à remarquer que les modifications sont très simples: métylation, isomérisation, ajout d'un aa et même la ribothimine qui n'existe pas dans l'ARN d'origine. EC 171.13, Metacyc  pour Queuosine.
  • Les tRNA-synthétases sont très complexes et grosses, agissant souvent en dimères.
  • Les modifications des tRNA sont nombreuses et complexes, alors que celles des rRNA sont peu nombreuses proportionnellement à la longueur du rRNA, et très simples, souvent que des métylations et des isomérisations. Modomics
  • Les rRNA peuvent être modifiés avant ou après du ribosome.
• Le monde ARN et stabilité + intéines.
• L'ADN et physique
• Les protéosomes posent le problème de la gestion des protéines.
• Réparation de l'ADN
• Modifications de l'ADN.

15.12.13 Paris

Détricotage du vivant, mahjong et broderie.

  Cela ne concerne que les résultats publiés et les théories actuelles dont un défaut majeur est qu'elles ne tiennent pas compte de H2O de la théorie de la matière condensée. Il suffirait de tenir compte que de la 1ère couche que entoure les ions et les dipôles. En effet concevoir une protéine évoluant dynamiquement dans l'eau et en interaction avec les autres macro-molécules est impensable tant est grande la complexité.

• Détricotage: j'ai pensé à décryptage, mais cela fait référence à la sémantique qui n'existe pas dans la matière. Le détricotage fait penser aussi au principe d'investigation de haut en bas, mais celui-ci ne propose pas de méthode.
     Le détricotage procède aussi du principe de haut en bas, mais il a une méthode puisqu'il considère dans le haut tout ce qui parait anormal, comme une maille du tricot cassée qu'o puisse tirer un peu pour voir si ça ne bloque pas. Si c'est le cas on peut aller plus loin. On peut isoler un ensemble de comportements, et tout cela en analysant seulement les résultats du vivant. Il n'est pas question de faire des expériences pour démontrer une étape ou une origine, mais en analysant toujours dans un esprit de l'origine de la vie.
• Mahjong: j'avais pensé au début à une pelote de laine emmêlée qu'il faudrait démêler, mais j'ai préféré le détricotage, car il y a quelque chose de construit. Le mahjong vient du fait qu'au moment où l'on va détricoter on risque de casser quelque chose et de ne plus pouvoir revenir en arrière, comme dans le jeu. Dans le jeu on peut voir l'entremêlement des batonnets et l'on fait une expérience de penser avant d'agir. C'est cette méthodologie que j'applique avec le détricotage.
• La broderie: C'est comme l'étude des protéines en les cristallisant. Mais ici, avec le détricotage, j'observe des pans de vie qui deviennent autonomes et s'organisent en quasi cristaux (ou des réseaux parfaits). Le plus bel exemple étant les virus et les viroïdes. Ici la cristallisation est naturelle, elle fait partie du processus de vie, elle n'est pas provoquée comme dans la cristallisation expérimentale.
• 1ère ébauche de détricotage:
  • Les virus: avec une débauche de types de réplication et de réplication. De là j'ai reconsidéré tout ce qui est polymérisation des nucléotides, et j'ai isolé un sujet d'étude qui concernera la simplicité de la réplication (transcription comprise) par rapport à la traduction .
       Ce qui est bizarre c'est que les virus vont essayer d'aller à la traduction, avec les mégavirus qui contiennent des gènes de tRNA (peut-être quelques protéines ribosomales?) et des gènes de réparation de l'ADN, comme s'ils faisaient une évolution vers la cellule.
  • Les organelles: Par rapport aux virus, elles se débarrassent de l'encapsulation et adoptent la double membrane comme une cellule et participent à la construction d'un ribosome qui leur est propre, puisqu'elles ont un rRNA de type bactérien. L'étude de la base des données des organelles m'a laissé pantois! Tant les comportements des organelles sont multiples et variés et s'écartent largement de la théorie simpliste de l'endosymbiose: 128 chromosomes chez selene conica, chacun n'exprimant qu'une macro-molécule à la fois; ou bien encore le mode de réplication de l'ADN, le code génétique qui diffère partiellement des bactéries.
  • La réparation de l'ADN : qui est très complexe et rejoint la sexualité avec la recombinaison. De ce point de vue là l'ADN diffère complètement de l'ARN puisque tout est fait pour préserver la séquence primaire tout en incorporant et en perpétuant les changements.
  • Le dégradosome: il est propre aux bactéries son équivalent, l'exosome, existe chez les eucayotes et les archées. C'est un complexe protéique qui dégrade l'ARN non protégé. Il est aussi complexe que le protéosome qui dégrade les protéines dénaturées. Il n'existe pas de dégradation organisée de l'ADN, mais il existe des nucléases qui dégradent les ADN  simple brin des virus qui libèrent leur génome dans la cellule.
        Nous voyons ici l'intérêt immense de la protection des macro-nucléiques par les protéines. Le ribosome, le tRNA et l'ADN sont protégés par les protéines et par le fait qu'ils sont soit entièrement double brin (ADN) soit partiellement (ARN), mais toujours en combinaison avec des protéines.
       C'est comme cela que les virus simple brin (ADN ou ARN) peuvent exister en protégeant au maximum avec des protéines leur simple brin se rapprochant ainsi du cristal.
  • Le protéosome: un fait le plus marquant c'est que les protéines ont une surface hydrophobe. En 2ème lieu l'organisation de la dégradation est très élaborée pour distinguer les différentes protéines qui circulent. Les protéines qui présentent à leur surface beaucoup d'hydrophilicité sont attaquées. Mais cela m'a conduit à penser que ma théorie que les protéines soient originaires de la bicouche lipidique est de plus en plus crédible, que les protéines se rapprochent par forces de V der Wallspour inter-réagir. Cela me fait penser aussi qu'il y a des articles à travailler sur les crochets de leucines permettant d'accrocher 2 résidus de leucine.
  • Le monde ARN: Il faut le reconsidérer à la lumière de ce que j'ai découvert. Avec les virus, qui paraissent reproduire le comportement des cellules dont ils sont originaires: les virus à ARN (simple ou double brin) sont inexistants chez les bactéries et les archées et sont prolifiques chez les êtres supérieurs, eucaryotes protistes puis métazoaires, avec une complexité qui suit celle des cellules d'origine.
        Les intéines reproduisent le système d'intron-exon qui me semblait propre à l'ARN, alors que ce sont des protéines.
        Mais il est évident pour moi maintenant que la catalyse des ARN (ribozyme) est primordiale: les protéines ne savent pas catalyser les liaisons à grande échelle. Il y a la formation du glutathion (3 aas) par 2 enzymes, les peptides des membranes (5 aas) par quelques enzymes dans des configurations complexes et enfin les intéines.
        La catalyse des ribozymes est basée sur le OH en 2' des ARN. Les enzymes, réplicases comprises, savent faire majoritairement des liaisons esters, et le métabolisme central passe par des chaines réactionnelles longues pour établir certaines liaisons plus solides, mais entre 2 petites molécules.
  • Les intéines et les transposons: Nous avons vu que les intéines reproduisent le comportement des ARN qui est l'auto-catalyse entre introns et exons. Mais le fait que les intéines puissent ainsi produire une nucléase qui coupe l'ADN pour introduire son transposonpose le problème de l'évolution ascendante, des protéines vers les gènes.
• 1er détricotage: La simplicité de la réplication (polymérisation des nucléotides en général).
                            Dans les expériences invitro il nous paraît banal d'hybrider ou de séparer 2 brins de nucléotides. En général ce sont des brins de petite longueur, après avoir casser la macro-molécule en petits morceaux.
  • Mais pourquoi dans la cellule les mono-nucléotides libres ne s'hybrideraient-ils pas à des brins simples, ou des régions simples brins comme on les rencontre dans l'ARN en général?
  • Pourquoi n'y a t-il pas de polynucléotides panachés en ribose et désoxyribose?
  • Une idée simple serait d'imaginer qu'une protéine piège les mono-N côte à côte et que les liaisons esters se forment spontanément, même lentement, comme je l'ai suggéré pour les liaisons esters des phospholipides dans le vésicule, réactions favorisées par les forces quantiques dûes à la grande surface des vésicules. Une expérience analogue a été faite avec les mono-N de phénylglycine sur du cuivre pour démontrer la mise en place de leur chiralité (voir article). Les mono-N se mettent les uns  à côté des autres, mais ici le support surfacique est du cuivre sur silicium (à préciser).
  • J'en déduit de toutes ces réfléxions que les polymérases de réplication ont besoin d'une matrice ( le point le plus important de la simplicité de la réplication par rapport à la traduction) mais controlent  toute arrivée des mono-N à la matrice. Mon hypothèse que le grand volume des enzymes sert surtout canaliser les substrats, par différentes forces, se confirme de plus en plus. La fonction exonucléasique (proofreading) des polymérases est le sumum de ce tri: Elle défait une liaison ester parce que la conformation du mono-nucléotide n'est pas adéquate. A mon avis, toujours dans l'esprit de la théorie mécanique, le mismatch crée une tension dans la matrice et donc dans la polymérase aussi, ce qui déclenche la catalyse. C'est d'une sophistication inouîe. Mais comment s'est installée cette fonction? Q'elles sont les forces mécaniques à l'origine de cette évolution?
           Cette situation ne se retrouve pas dans la transcription où l'ARN formé peut se permettre des erreurs puisque l'ARN mal formé sera détruit et remplacé par des miliers d'autres copies. Du coup les virus à ARN représentent un fort potentiel évolutif accélérant l'évolution en général. Mais il est à noter que souvent les virus repassent par l'ADN pour assurer une certaine stabilité-fidélité: la réplication peut se faire avec une matrice ARN, mais la transcription passe toujours  (est-ce vrai? à vérifier) par l'ADN qui consolide la conformation de la polymérase. L'ARN, toujours avec son 2'OH, est instable.
    • 1er résultat de cette réflexion sur la simplicité de la réplication, c'est que, au début de l'évolution moléculaire, les protéines (issues du démon de Maxwellqu'est le liposome) qui piègeront les mono-N doivent descriminer entre R et dR, et vice-versa. Ce qui donnera des protéines qui s'attachent à l'ARN ---> ribosome, et des protéines qui s'attachent à l'ADN ----> réparation ADN et facteurs de transcription.
             Reste pourquoi une polymérase pour les rARN et tARN, différente de celle des ARMm? Peut-être il y a une intéraction entre ces polymérases et les protéines qui vont attaquer l'ARN produit: ribosome pour ARNm, protéines ribosomales pour les ARMr et protéines de modification des bases pour les tARN.
             Nous apercevons là l'importance de la membrane cytoplasmique et du triptique: protéine-membrane-polymérisation des nucléotides. Il faut ajouter l'idée que j'ai avancée pour l'origine membranaire des nucléotides (6.12.13) et des protéines (voir chiralité prébiotique).
             Approfondir l'idée de hélices pour réplication et beta strand pour transcription (?).

18.12.13

Suite de la réflexion sur la simplicité de la réplication (polymérisation des nucléotides en général).

• Etude de la conformation spatiale des polymérases et des protéines annexes.
        Dans l'idée que la polymérase canalise R ou dR par sa conformation que j'ai commencé à compiler les hélices et les feuillets beta chez les polymérases. Il m'est apparu très vite en fait qu'un paramètre le plus important est la processivité, c'est à dire le déplacement du réplisome (et transcriptome).
        En effet la réplicase doit se déplacer sur de grandes distances, jusqu'à des centaines de millions de paires de bases chez l'homo sapiens. La transcriptase et les réplicases chez les virus ne dépasse pas 10 kpb, ce qui est encore énorme. La grosseur des polymérases expliquerait cette processivité.
        En partie seulement. Car la grosseur peut s'expliquer par le fait que la polymérase a une 2ème fonctionessentielle qui est la fonction exonucléasique, et les résultats de mes compilations montrent que la conformation spatiale permet mieux d'expliquer la processivité. Elle permettrait même (continuer les compilations) de discerner entre différentes processivités (transcription/réplication), entre processivité, binding à l'ARN/ADN et catalyse. Les 1ères compilations depuis le 15.12.13 montrent en %:

  	dnaE(α)	RNAp β	RNAp β'	dnaN(β)	RNAp hélicase
  hélices	52	26	30	22	37
  strand β	11	18	12	48	16.5
  coil	37	56	58	30	46.5
  Total aas	909	1342	1407	366	968

  Réplication E.Coli:

  	dnaE	dnaN	dnaTeta	dnaQ	dnaX	dnaDela	dnaDelta'	dnaPsi	dnaChi	dnaG	polA	ligA	rnhA	SSB	dnaB
  helix	51,7	21,9	46,1	28,8	42,8	50,7	53,9	38,0	31,3	43,7	33,5	34,3	34,2	5,1	59,3
  beta strand	10,6	48,1	11,8	16,9	11,4	10,2	11,4	19,0	23,8	12,0	11,5	22,4	35,5	44,4	4,9
  linéaire	37,7	30	42,1	54,3	45,9	39,1	34,7	43,1	44,9	44,3	55	43,4	30,4	50,6	35,8
  total aas	909	366	76	243	643	343	334	137	147	581	928	671	155	178	123*

  
        En conclusion la descrimination entre R et dR devrait se faire par la catalyse exonucléasique, et l'évolution moléculaire de la robustesse et du déplacement de la polymérase (processivité) s'est faite sur la consolidation de la structure spatiale. Les hélices sont propres à la robustesse et la catalyse alors que les feuillets bêta pour la protection des simples brins. L'augmentation des linéaires (coil) module la processivité, en détachant + ou - l'enzyme de l'ADN. La RNAp est encore plus sujette à la linéarité parce qu'elle produit du R et qu'elle doit le libérer. La DNAp intervient avec beaucoup plus d'autres protéines pendant la polymérisation pour assurer la stricte correspondance entre les 2 brins et leur fermeture, alors que la RNAp a besoin de nombreux facteurs d'initiation et de terminaison mais pas durant la polymérisation.
        L'hypothèse que la structure de la polymérase puisse discriminer entre R et dR m'a suggéré cependant une idée d'expérience pour les débuts de l'évolution moléculaire : au début il y aurait un panachage possible de R et dR comme dans le cas de l'expérience de l'article sur adénine et phénylglycine. Peut-on expérimenter?

23.1.14 Paris

2ème détricotage: Interaction RNA-protéines

       Mahjong 1: L'ARN n'est pas informative = information, automatisme, évolution, code génétique.

   C'est en compilant les modifications des tRNA que la question suivante s'est posée: " pourquoi les anticodons ne contiennent pas en 1ère position de l'adénine modifiée, adénine issue de la transcription de T? " En poursuivant l'investigation et la réflexion dans ce sens il me semble que je fais le même cheminement dans le Mahjong quand j'imagine enlever 1 paire: quelles sont les conséquences?

    Dans le cas de l'isoleucine même ( voir tableau des modifications ) des anticodons d'origine GAU (AUC), UAU (AUA), AAU (AUU), il ne reste plus que GAU qui ne soit pas modifié et par contre un autre anticodon modifié apparaît } AU et se trouve dans 2 tRNA distinct et c'est un C modifié. Ce qui donne un codon AUG comme la méthionine dont l'anticodon CAU donne 2 fM sans modifications et M avec modification du C ( modification M ). Le C modifié de Ile }  l'est avec la lysine, c'est l'unique lysine qui intervient dans les modifs des anticodons par un aa. Donc on vient à lire un codon AUA et AUU avec l'anticodon CAU identique à celui des 3 M.
    Encore avec les autres modifications des anticodons on reste dans le même aa, ici il y a confusion entre 2 aas. C'est ppour cela que je dis que le RNA n'est pas informatif. Il faut ajouter à cela sa grande réactivité avec le 2'OH, son auto-catalyse, les mis-appariements entre paire de bases qui augmentent sa réactivité avec les protéines et ne protège pas l'information et sa courte vie à cause du 2'OH.
    L'information doit être quelque chose qui vient du haut. L'informationest là, un point c'est tout, qu'il faut exécuter. Elle n'a pas à être réactive ou d'accomplir une action, il suffit de la lire. Ce que ne fait pas l'ARN et c'est ce que fait l'ADN. L'information doit exister avant l'exécution. Cependant il faut que l'exécutant soit présent.

    Au tout début de l'évolution moléculaire ARN et ADN n'existent pas, seuls les mono-nucléotides sont là, et même pas puisque le sucre ne peut se former que dans le cytoplasme ( voir chiralité ). Au début, comme on l'a vu dans chiralité et ARN-continuité ( et même ici ), il ne peut y avoir que les bases, sans le sucre. Elles sont hydrophobes et peuvent traverser la membrane. Nous avons dits que:
                l'ADN provient de             base  +  glycéraldéhyde   +   acétaldéhyde                      l'ARN provient de            base  +  glycéraldéhyde   +  glycolaldéhyde ,
l'acétaldéhyde provenant du pétrole prébiotique, le glycolaldéhyde et le glycéraldéhyde provenant de la réaction de formose. On retrouve dRC ou RC attachés à la membrane pour être remplacé par la sérine ( voir chiralité ). Ce qui donne ensuite des PLDs PS et PE. ADN et ARN vont évoluer parallèlement, ADN vers l'information et ARN vers l'auto-organisation ( automatisme ).

•  L'ADN a pour moteur d'évolution l'intrication quantique et entre en interaction avec les facteurs de transcriptionpour réagir aux actions qui viennent de l'extérieur  et qui sont transmises par les protéines de la membrane vers les facteurs de transcription. L'ADN est aussi en interaction avec les protéines pour maintenir l'intégrité de l'information. Contrainte réalisée par l'interaction de l'ensemble du chromosome.
• L'ARN a pour moteur d'évolution la réactivité chimique (catalyse ). C'est la catalyse, l'auto-catalyse et l'interaction avec les protéines qui ont aussi pour moteur d'évolution la réactivité ( catalyse et auto-catalyse ). Alors que l'ARN a en commun avec l'ADN l'appariement ( ce qui permet le transfert de l'information ) et un peu d'intrication ( automatisme ), les protéines se combinent avec la membrane ( canaux hydrophobicité ) pour communiquer avec l'extérieur, et avec l'ADN pour l'ouvrir ( et permettre sa transcription en ARN ) et la lire.

    Ainsi l'ARN et les protéines évoluent et agissent conjointement ( catalyse, modifications ), alors que la membrane et l'ADN évoluent en parallèle par l'intermédiaire des protéines uniquement et non par l'ARN. L'ARN agit ponctuellement et de façon élémentaire au niveau de la membrane ( PLDs PS et PE ). Il agit aussi au niveau de l'ADN pour la réplication et le maintien de l'intégrité de l'ADN, en utilisant sa fonction d'appariement et non celle de catalyse, donc n'agit pas au niveau de l'évolution de l'ADN. Cependant la propriété de duplication commune à l'ADN et à l'ARN permettrait peut-être au début de l'évolution moléculaire, l'évolution de l'ADN. C'est ce qui se passe avec les virus.

    L'ARN n'est pas informative donc par essence. Elle est organisatrice.  Mais elle va au-delà de l'auto-organisation comme pour la membrane, sa propriété d'appariement lui permet d'exécuter avec l'aide des protéines des séquences réactionnelles automatiquement. L'aboutissement de cet automatisme est le ribosome. Cependant comme tout automate, il en faut une multitude qu'il faut rechanger régulièrement car il s'use parce qu'il est en action. Ce n'est pas le cas de l'information ( ADN ) qui doit être unique et donc protégée indéfiniment.

     Cette idée que l'ARN n'est pas informative est venue des modifications des anticodons, et donc de l'information transmise par l'ADN. La question immédiate que je me suis posée, c'est pourquoi le code génétique est réglé sur 3? Il aurait suffit d'augmenter le nombre de codons pour éviter le cas de l'isoleucine / méthionine. Mais qu'elle est la contrainte qui crée ce codage? Pourquoi 3 et pas 2? Ce qui nous ramènerait à n'utiliser que 16 aas. Et pourquoi on a 20 aas et pas 16? Qu'est-ce qui contraint à avoir 20 aas et pas 16?
    C'est la réflexion sur les évolutions moléculaires séparées des ARN, ADN, protéines et PLDs qui m'a conduit à revoir l'origine du code génétique. Nous avons vu dans ARN-continuité que les bases nucléiques dans l'ADN ne peuvent être que de 2 paires, sinon la monotonie des séquences d'ADN avec une paire de bases conduirait à plus de cristallisation, donc à la mort. De même avec 3 paires l'intégrité de l'ADN deviendrait ingérable.
     Ici l'idée m'est venue que ce n'est pas les contraintes de l'ADN qui définissent le codage, mais les contraintes des protéines. En effet les aas forment un ensemble, un groupe homogène, comme un groupe en mathématique avec ses opérations internes. Les aas avec leur zwitterion dont les 2 ions sont séparés par un seul carbone, ont des propriétés particulières. Ce zwitterion interagit avec celui du PLD de la membrane dont les 2 ions sont séparés par 2 carbones. Le zwitterion des aas permet les liaisons hydrogène entre-eux (entre aas). Ce sont des liaisons hydrogènes différentes de celles des bases nucléiques qui ne possèdent pas de radicaux. Alors que pour les bases ces liaisons permettent l'appariement, mais uniquement l'appariement, les aas peuvent se lier par liaison H sans distinction ou presque pour former des structures plus complexes ( bêta, alpha ) et donc plus solides mais surtout avec une réactivité infiniment diverse. La liaison hydrogène modulée par les radicaux est le moteur de l'évolution moléculaire des protéines. Celui des ARN est le 2'OH associé au des-appariement des bases dont le moteur est l'uracile. De ce point de vue la réactivité des protéines est infiniment plus évolutive que celle de l'ARN.

    Donc, pour moi, c'est l'évolution moléculaire des protéines en 1er qui impose le nombre ( 20 ) des aas qui doit rentrer dans leur composition. C'est ainsi que nous trouvons des aas dans le métabolisme central ( ornithine, citruline ) qui ne sont pas codés dans les protéines et des aas ( queuosine ) qui modifient même des anti-codons alors qu'ils n'y sont pas intégrés. De même apparemment d'autres aas intègrent petit à petit les protéines en ayant leurs codons propres: SeC et pyrolysine. Et là encore, ces aas s'apparentent fortement par leurs radicaux aux 20 aas qu'on connaît: SeC ~ Ser ( S à la place de O, même colonne ), pyrolysine = lysine + proline.

    Ainsi passer à un code génétique à 4 bases nécessiterait une gestion de 256 codons, trop coûteuse en énergie et durée d'évolution moléculaire.  Mais pourquoi ne pas répartir dans les 64 codons équitablement entre les 20 ou 22 aas? On aurait alors 3 codons par aa comme pour Ile, d'autant plus que la perte de l'adénine pour les anti-codons, à cause du mis-appariement GU, réduit les possibilités. C'est l'évolution moléculaire de l'interaction ARN/protéine qui a pu résoudre ce problème de la perte de l'adénine, A nécessaire par ailleurs pour le moteur de l'évolution moléculaire de l'ARN car elle s'apparie à l'uracile, U. Cela s'est fait par les modifications qui font intervenir aussi l'évolution moléculaire du métabolisme central ( queuosine ).

    Mais c'est aussi l'évolution moléculaire des protéines qui impose le nombre de codons par aa. Il est remarquable de constater les fréquences des aas dans les protéines vont de paire avec le nombre de codons par aa ( nombre de codons, nombre d'ant-codons ):

• L(6,5)  R(6,4)  S(6,4)  T(4,4)  VGP(4,3)  I(3,3)  MW.SeC(1,1)  fM(1,2)  A(4,2)  CDEFHKN(2,1)  QY(2,2).
• Les hydrophobes ( LVIA ) sont très fréquents partout ( donc seul A pose problème ).
• RSTP sont très fréquents pour les interactions ADN ou ARN /proteines.
• Pour les autres aas n'intervient pas la fréquence seulement, mais aussi la réactivité ( DEK,  DE sont plus fréquents), ou une utilisation cruciale et sensible ( M fréquent pour son intervention avec SAM; H et C pour la chélation) comme si le nombre d'anti-codons augmenterait les erreurs.

29.1.14 Paris

  Le rôle des aas se trouve dans la constitution des hélices et les feuillets bêta qui constituent des forces + ou - grandes suivant la surface et la longueur, continues sur ces dimensions, mais l'ensemble est un système discontinu qui fait circuler les molécules jusqu'à ce que substrat et produit arrive ou parte respectivement du site actif. Le site actif est lui-même déterminé par l'orientation de ces forces et non par la nature des radicaux. Pour preuve les aas attachant ( binding ) un métal ou se rattachant à une macromolécule ( ARN, ADN, protéine ) se trouvent surtout dans les parties filaires. Au début de l'évolution moléculaire c'est la membrane qui attire les aas et constitue les 1ères hélices dont les radicaux hydrophobes sont en contact avec la membrane et quelques aas hydrophiles sont à l'intérieur  du canal. La circulation des molécules d'eau à travers les canaux se fait comme dans le cytoplasme par ces aas. Les radicaux des aas avec leurs ions et leurs plateaux aromatiques, ainsi que les radicaux polaires font circuler l'eau, définissent les feuillets et renforcent les hélices, à l'origine faites par les membranes. Ce sont les liaisons hydrogènes qui font l'originalité des protéines  = hélices et feuillets  #  de ARN dont la principale propriété est le wobble.

6.2.14  Paris

Le groupe des aas codants:

• On devrait dire qu'il y en a 21 à 23, car la fMet est un aa codant et possède même 2 tRNA!  Le groupe de type mathématique que j'ai signalé ( début avant-dernière page du 23.1.14 ) se confirme encore quand on considère la pyrolysine = proline + lysine, qui possède un codon propre, de même que la SeC.
• Les protéines se distinguent par leur squelette avant tout.  C'est ce qui permet d’échafauder  des hélices alpha et des feuillets bêta. En analysant la fréquence des aas dans les protéines et leur attachement ( binding ) aux ARN, ADN et entre elles, les radicaux apparaissent comme secondaires. Ils doivent certainement définir la longueur et la force de des structures, mais de façon continue, de telle manière que le changement d'un ou de quelques aas dans ces structures ne doit avoir que très peu d'effet. Cependant on avance toujours que les aas aliphatiques peuvent être interchangeables, alors que nous savons que toute mutation peut entraîner un avantage sélectif à un moment ou l'autre au cours de l'évolution. Les aas autres que les aliphatiques, dans les structures alpha et bêta doivent avoir le même effet, peut-être avec plus d'avantage évolutif.  Cela n'a rien à voir avec n'importe quel aa se trouvant impliqué dans un site actif ou y participant. Cet aa donne effectivement des mutants qu'on arrive à cerner tant leurs effets sont importants.
        Donc on peut établir le concept suivant pour toutes les macro-molécules:
  
  • Une macro-molécule se définit ( ou bien des contraintes physiques l'ont déterminée ainsi ) par un squelette propre qui confère sa principale propriété. Ce squelette est accompagné de bras latéraux pour interagir avec son environnement ( solvant, petites molécules ) et les autres macro-molécules. De ce point de vue le liposome et même un PLD isolé ( acyl carrier protéine ) se comporte comme une macro-molécule: il est constitué d'un squelette, les 2 acides gras agissant avec les forces de Van der Walls. Nous avons ainsi:
  • Le liposome avec sa tête hydrophile ( bras ) et sa queue aliphatique. Le bras est unique, EtN; Ser, choline. Ce bras peut piéger les aas. La queue aliphatique impose les bras aliphatiques des protéines qui la traversent. Elle agit par les forces de van der Walls.
  • Les protéines ont un squelette qui établit des liaisons hydrogènes intra pour former les structures alpha et bêta, alors que les PLDs agissent entre eux pour former une structure.. Dans ce sens on peut considérer que le liposome est une macro-molécule qui porte 10⁷ bras. Comme une protéine possède des centaines de bras. La variété des bras ( 20 aas ) lui permet d'interagir avec le liposome ( aas aliphatiques ), avec l'ARN  et l'ADN ( aas aromatiques et ioniques ) et avec son environnement, notamment pour la catalyse.
  • L'ARN se définit par son squelette ionique avec la fonction alcool 2'OH très instable. Ce squelette n'établit pas de liaison ionique ou hydrogène en intra, seulement avec les protéines et son environnement ( Mg++ , K+ ). Ses bras sont limités à 4 types de bases qui peuvent établir ou non des liaisons hydrogènes entre elles ou les protéines. L'ARN interagit par ses bras avec les protéines par des liaisons hydrogènes : bras ARN à squelette protéine. Nous avons vu pour liposome/protéine c'est la force de van der Walls entre squelette liposome et les bras de la protéine.  Je distingue bien liaison hydrogène intra squelette de la protéine des liaisons hydrogènes des bras de l'ARN qui permettent surtout l'appariement entre 2 ARNs. Ce qui n'est pas le cas pour les protéines qui s'apparient de façon plus complexe à cause de la grande variété de leurs bras.
  • L'ADN se définit par sonsquelette sans 2'OH qui lui confère une grande stabilité. Sinon il est identique à celui de l'ARN. Mais la stabilité de l'ADN est renforcée encore plus par la T au lieu de U ( bras ) qui avec son méthyle ajoute de l'hydrophobicité à l'aromaticité. Les 4 types de bras de l'ADN lui servent surtout pour s'apparier avec lui-même de façon ferme, jusqu'à ressembler à un cristal. Les forces en jeu sont toujours des liaisons hydrogènes, mais la mise en commun de l'aromaticité et de l'hydrophobicité lui confère sa grande stabilité et son rôle de donneur d'ordre.
         L'ADN s'apparie avec les protéines comme le fait l'ARN, mais l'absence  du 2'OH et de U ne lui permettent pas d'avoir des fonctions catalytiques. L'ADN s'apparie avec l'ARN ce qui permet de passer d'une structure stable et non catalytique, à une structure semi-ouverte grâce à l'appariement Wobble de l'uracile qui peut interagir avec les protéines en créant des structures ( tRNA, ribosome ) 2 fois catalytiques. L'ADN ne peut exister sans T.

       Nous voyons ainsi que liposome et ADN constituent les 2 pôles de l'évolution moléculaire et que ARN et protéines sont leurs intermédiaires.

 

 

 

 

La continuité entre l'évolution moléculaire et l'évolution darwinienne

20.7.13   Paris  

Introduction

Supposons qu'on ait décrit ou montré expérimentalement les différentes étapes du scénario pour passer du monde minéral au monde vivant. C'est ce que j'appelle l'évolution moléculaire. La question qui se poserait alors c'est comment peut-on passer de l'évolution moléculaire à l'évolution darwinienne basée sur la reproduction à l'infini d'une information structurée séquentiellement (linéairement), alors que l'évolution moléculaire, au départ, n'a pas d'information structurée apparemment.

Tout au plus la matière minérale peut-elle s'auto-organiser comme dans un cristal, ou en général par rassemblement d'entités semblables: les molécules d'eau se rassemblent pour donner le liquide, les molécules de sulfates de Zn pour précipiter en un minerai. Ce sont les propriétés classiques qu'on connait des éléments chimiques qui permettent de purifier telle ou telle molécule. Chaque molécule a une proprété intrinsèque, c'est son information ponctuelle. Ces molécules sont petites en général (qq atomes) et ne constituent jamais un groupement permanent constituant une entité identifiable dans le temps: tout cristal s'effrite avec le temps et à fortiori ne se reproduit et ne se multiplie pas.

- - - - - - - - - - - - -  suite avec des points abrégés - - - - - - - - - - - -

• Contrainte-libetré, action-réaction à distance, reproduction, l'organisation.
• Constance-variabilité, action-réaction entre l'organisme et le milieu extérieur ou entre macro-molécules, l'organisation, reproduction à l'identique.
• Ce qui manque pour le prébiotique c'est l'information ( et sa gestion = organisation). L'aboutissement de l'évolution moléculaire c'est la constitution de l'information.
• Le passage de la contrainte-liberté vers la constance-variabilité permet de gagner en efficacité de l'action-réaction (rigidité renoouvelable grâce à l'information), en complexicité de l'organisation ( de + en + suceptible de destruction, mais renouvelable par la reproduction de l'information) et en la perfection de la reproduction. Ces 2 processus C-L et C-V coexistent dans le temps et l'espace. Si la C-V peut conduire à une complexité astronomique, elle peut cependant disparaître si l'évolution darwinienne disparaît après une catastrophe naturelle ou par cette complexité même. Le processus C-L peut toujours reproduire l'évolution darwinienne même s'il faut des milliards d'années. Mais la durée peut être limitée si l'on tient compte des bactéries et des virus. Il suffit que les conditions de l'évolution moléculaire existent, c.a.d le pétrole prébiotique.
• Il y a hierarchie entre ces processus dans l'ordre suivant (pour les 2 évolutions, moléculaire et darwinienne):
1. C-L
2. organisation
3. action-réaction
4. reproduction
• La mécanique quantique intervient dans action-réaction et la cristallisation dans les virus notamment pour HGT ( horizontal genes transfert )
• Tout cela n'est pas possible dans un moule de surfaces minérales ( rigidité ).

- - - - - - - - - - - - -  fin des points abrégés - - - - - - - - - - - - - - - -

L'évolution moléculaire dans le cadre du postulat de la poche de pétrole prébiotique

L'évolution darwinienne

Le passage de l'évolution moléculaire à l'évolution darwininienne

La force du postutlat de la poche de pétrole prébiotique comme point de départ de l'origine de la vie

comparaison avec le monde ARN qui nécessite les monomères et les surfaces minérales qui s'apparentent plus au minéral.

 

24-7-13   Paris

•  L'évolution est l'apparence, ce qu'on voit de l'extérieur.
• Mais au point de vue moléculaire quelles sont les contraintes physiques qui permettent de passer d'une organisation à 2 dimensions, libre sans information (liposome) à une organisation semi-rigide, à 1 dimension, contenant une information (l'ADN)?
1. Dans le liposome la force physique principale est l'hydrophobicité + liaison hydrogène et ionique au niveau de la tête.
2. Dans l'ADN la force physique principale qui permet encore la liberté est la liaison hydrogène ( note du 18.5.13 : plus l'aromaticité, électrons en synergie). L'évolution moléculaire a créé entre-temps une chaîne de liaisons covalentes rigides et permanentes (stables) au contraire de l'ARN.
• La seule contrainte qui puisse mettre côte à côte 2 ou pls nucléotides est la chélation par les peptides, eux-mêmes en liaison zwiterrionique avec les PLDs, comme pour l'établissement de la tête hydrohile à la Sérine.
        Cette chélation entraîne un cercle vertueux car elle entraîne non seulement une catalyse + efficace mais aussi une organisation de + en + complexe qui rapproche certaines molécules. C'est la contrainte-liberté comme avec aa/PLD.
      Cette chélation est beaucoup plus souple qu'entre aa-ion métallique car elle est n'utilise que des liaisons hydrogènes ou à la limite une liaison ester (ou phosphoester) déplaçable par équilibre physico-chimique.
• Une autre contrainte de type plus globale est la synergie quantique créée par l'organisation physique du cytoplasme: les cations K+ constitueraient une sphère parallèle aux PLDs de la membrane et les chaînes d'ADN se retrouveraient acculées au centre du cytoplasme. L'ADN circulaire est la forme géométrique idéale comme la sphère l'est pour le liposome.
      Est-ce que cet arrangement PLD-  K+  ADN-  a une influence ou bien aide seulement la mise en place de la linéarité et de la séquentialité de l'ADN?
• L'ARN par son instabilité crée des combinaisons catalytiques très nombreuses et la catalyse elle-même est très puissante et rapide et ne peut se structurer dans l'espace et le temps que grâce aux peptides: c'est  l'évolution vers les ribosomes et les ribozymes.
       Cette structure est très efficace pour créer des structures rigides comme les enzymes mais n'est pas assez souple pour perdurer fonctionnellement comme le liposome ni assez stable pour stocker éternellement l'information comme l'ADN. En effet l'ARN est très labile et même + que les enzymes.
• L'ADN a une relation avec les peptides très différente. Je reprend ici (chiralité prébiotique) l'hypothèse que ce sont les dNTPs qui ont débuté l'évolution des acides nucléiques.
1. Les dNTPs ont, en monomères ( ou oligo-mères peu-être) un rôle de coenzyme, peut-être moins efficace que les NTPs, mais c'est intéressant pour le début de l'évolution moléculaire, car les évènements se feront lentement et l'information enregistrée dans les oligo-mères plus stable et donc plus permanente.
2. En plus l'évolution moléculaire de cette relation peptide/ADN se dirige vers la réplication et la transcription et non vers la traduction: évolution en continuité avec la reproduction des liposomes du prébiotique. Mais en plus, avec la transcription qui fait intervenir les 2 relations aa/ADN puis aa/ARN, cette évolution donne naissance à l'ARNm. De ce point de vue l'ADN est antérieur à l'ARN.
3. Les virus sont des cristaux d'où sauvegarde de l'information car les ribosomes sont plus difficiles à faire.
• GNA: Glycérol à la place du ribose. Plus de stabilité qu'avec le ribose (ARN) ou le d-ribose (ADN). Les travaux ont été loin puisqu'avec une DNA polymérase des eucaryotes on a réussi à synthétiser du GNA. Mais l'efficacité n'est valable que pour les purines (A, G), elle est bcp + faible pour C et nulle pour T.
      Le glycérol-P est mon favori pour l'initialisation du métabolisme (chiralité prébiotique) et c'est le sucre le plus simple découlant de la DHA des réactions de formose, hydrogénée lors de la formation du PLD.
      Pour un début prébiotique il n'est pas nécessaire que le GNA soit aussi parfait que le DNA. Le DNA peut apparaître dans un 2ème temps quand le d-ribose, nécessitant une seule étape, apparaîtra. Le GNA sera certainement plus efficace que le DNA dans la catalyse ( mais moins que le RNA ), d'autant plus que les poly P-G existent et ont un grand rôle dans la membrane et constituent un stock de poly-P, dans le monde vivant actuel.
      Quand apparaîtra le ribose-P, nécessitant 5 étapes, alors l'organisation de l'ensemble sera avancée et forte pour accueillir la frénésie du RNA.
• TNA : Les travaux sont similaires à ceux du GNA et même antérieurs, mais les tétroses nécessitent au moins 3 étapes pour leur synthèse.

[ note du 4.8.13 : entre temps j'ai lu l'article du wikipédia concernant les DNAzymes. A ajouter au rôle de coenzyme des monomères dNTP, paragraphe avant GNA. ]

[ note du 29.8.13 : 2 bases successives sont séparées par un carbone de plus du squelette sucre-P chez DNA et RNA que chez GNA et TNA. La distance entre les bases doit avoir une très grande importance pour l'aromaticité. Les bases ne sont pas séparées par des molécules d'eau ou tout autres petites molécules. Elles sont côte à côte et donc leurs nuages d'électrons π peuvent rentrer en résonance créant des forces physiques immenses sur la chaine provoquant la réaction des enzymes de réparation. Nous ne sommes plus dans l'état liquide mais bien dans un état de cristal liquide. ]

Contrainte-liberté:

4.8.13

1. Thermodynamique:

• Systeme ouvert, collisions au hasard = solution liquide. On parle d'énergie et d'enthalpie libres qui ne tiennent pas comptes de l'entropie. C'est le principe de liberté.
• On peut arriver à un état très organisé en augmentant la pression hydrostatique et en diminuant la température: c'est la cristallisation. C'est le monde minéral, figé comme la mort. C'est le principe de contrainte.
• Une situation intermédiaire existe où les 2 principes coexistent. C'est une surface minérale (+- ordonnée, cristal) en contact avec une solution aqueuse. A l'interface le réseau cristallin impose son ordre et permet des réactions chimiques dans la solution, réactions qui ne peuvent se dérouler dans la solution seule. Ceci est dû à la physique de la surface minérale avec d'immenses champs de forces électro-magnétiques, électriques ou ioniques.
      Cependant on est toujours dans un système ouvert, l'organisation s'arrête à qq molécules de la surface, l'intérieur du minéral ne comuniquant pas avec le reste de la solution aqueuse. Un grand nombre d'expériences dans la littérature montrent la synthèse de nombreuses molécules biologiques avec les surfaces minérales.
• Le principe de contrainte-liberté (les 2 précédents réunis dans ce concept) est représenté par les molécules en mouvement de la solution qui sont contraintes par la surface minérale pour établir des liaisons covalentes. C'est ce mélange d'ordre et de mouvement que je prends comme point de départ de l'évolution moléculaire avec les liposomes.

2. Les liposomes:

[dans l'introduction du 20.7.13 finir avec l'annonce des chapitres C-L/C-V, action/réaction, organisation, réplication en continuité entre la cellule actuelle et les liposomes. Dans les articles "chimio-osmose" et "chiralité" j'avais abordé ces concepts du point de vue processus qui définissent le liposome comme la 1ère entité prébiotique définissant l'être biologique et qui initialisent le métabolisme prébiotique. Dans cet article j'essaye de hisser ces concepts au niveau de principes fondamentaux communs et en continuité entre l'entité prébiologique et la cellule biologique vivante actuelle. ]
    J'ai étudié dans "chiralité" le mouvement des PLDs dans le liposome. C'est ce qui m'a fait découvrir la possibilité de la mise en place d'une chiralité en vue d'une cohésion mécanique du liposome dans son ensemble. J'avais fait aussi dans cet article le parallèle, décrit dans le paragraphe précédent , avec les surfaces minérales pour la catalyse et l'initialisation du métabolisme. Le concept de contrainte-liberté était là mais pas explicité. Ici je vais l'expliciter et le comparer aux surfaces minérales du paragraphe précédent (thermodynamique), pour le hisser au niveau de principe fondamental.

• Alors que les surfaces minérales sont planes et infinies, le liposome présente 2 surfaces sphériques fermées délimitant une mince épaisseur de nature aliphatique qui permet la communication entre intérieur et extérieur. (à développer, milieu fermé + diffusion +).
• La surface minérale du liposome est constituée uniquement de l'ion phosphate PO4, molécule minérale à l'instar de SiO4 par exemple. Mais ces ions phosphates, attachés aux PLDs, sont libres et se déplacent tout le temps. Alors que dans les surfaces minérales les ions sont fixes et dans un plan alors que le liposome est fermé.
• Chaque PLD a une tête zwiterrionique (2 ions) avec P^- et une amine⁺ ou bien, presque zwiterrionique, avec P^- et un OH du glycérol (liaison hydrogène), ou bien il peut, à la surface interne, porter même 2 anions P^- et COO^- et un cation NH3⁺ dans le cas du PLD PS. Les surfaces minérales contiennent essentiellement des ions minéraux d'une charge électrique donnée, anionique ou cationique. Et en général on n'a pas d'entité zwiterrionique, même si des zones de charges différentes se trouvaient côte à côte.
• Ainsi le concept de contrainte-liberté, dans le liposome, se trouve doublement présent et pour les molécules de la solution aqueuse qui sont contraintes par la surface ionique apparemment figée, et pour les ions P^- qui peuvent se mouvoir dans un espace à 2 dimensions.
• Cependant ce principe de C-L peut être mis en défaut dans le liposome si la surface se fige. Elle peut se figer ou  devenir rigide (cristalline), comme les surfaces minérales, dans 2 cas:
• Homogénéité des têtes hydrophiles conduisant à une cristallisation. Par simulation numérique j'ai pu constater qu'un liposome fait uniquement de PLD PG risque de se cristalliser grâce à l'établissement généralisé de liaisons hydrogènes comme dans la glace. La surface devient anionique seulement ( P^- ) comme une surface minérale plane. Donc loin du vivant.
• Les conditions de P et T sont telles que le zwiterrion se transforme en liaison ionique, comme dans un cristal. C'est le cas des hautes pressions. Et même à plus faible pression les PLDs pourront ne plus bouger et le liposome perd sa liberté et devient comme une surface minérale plane avec la solution aqueuse seule libre.
• On voit ainsi que le principe C-L doit être généralisée, en tout cas au début de l'évolution moléculaire. Il faut que les 2 parties C et L soient intimement liées: la C représentée par la surface existe, mais dans cette surface les entités sont libres. Nous touchons là le principe d'organisation que je développe plus loin. Et là on peut concevoir l'évolution moléculaire comme une organisation de + en + rigide, ou complexe sans pour autant dépasser un certain seuil. C'est ce que je vais démontrer avec l'ADN et les facteurs de transcriptions après avoir décliné les 3 autres principes d'organisation, d'action/réaction et de reproduction.
• Le principe C-L dans le liposome est dû aux forces les plus faibles, les forces de VdW. D'après le paragraphe précédent on voit que le principe C-L va évoluer en faisant intervenir des liaisons de + en + fortes, dans l'ordre croissant: VdW, hydrogène, anhydride d'acide, ester, amide, éther.

3. La sélection naturelle de Darwin:

6.8.13  Mont d'est

• L'évolution darwinienne s'observe au niveau macroscopique, au niveau des espèces multicellulaires et monocellulaires, qu'elles soient procaryotes ou eucaryotes. Elle se définit par la constance des caractères dans l'espèce, et leur variabilité chez les individus. Au niveau moléculaire elle est sous-tendue par l'ADN. Or l'ADN est une molécule quasiment cristalline puisqu'elle est constituée de 2 brins linéaires cimentés par des liaisons hydrogènes entre toutes les bases nucléiques dont le nombre, en paires de bases, peut dépasser les 10 millions chez les procaryotes.
• De ce point de vue, elle n'a rien à voir avec le liposome, mélange intime de contraintes et de libertés. Pourtant ses manifestations macroscopiques, constance et variabilité, sont les équivalents des comportements moléculaires du liposome, respectivement les comportements de contrainte et de liberté.
• L'aboutissement de l'évolution moléculaire serait justement de reproduire dans l'ADN ces 2 principes fondamentaux, en une organisation de + en + structurée. Évolution moléculaire et darwinienne seraient ainsi basées sur les mêmes principes fondamentaux évolutifs de C-L (C-V), d'organisation (mémoire, information), d'action/réaction (chaînes de contrôle) et de reproduction (réplication).

Le principe d'organisation:

1. Thermodynamique:

• Liaison ionique (électronique) chez les cristaux. Dans les liquides les ions sont entourés d'un nuage de H2O. Au lieu d'une liaison ionique nous avons un groupe de H2O orienté du - lié avec les H de H2O, au + lié avec le O de H2O. Le nuage est sphérique. Donc la disposition des ions - et + doit avoir la même configuration que dans un cristal. Si on part d'un cristal sec d'eau, et qu'on y ajoute un tout petit d'eau, cette eau va s'intercaler entre le + et le - mais ne va pas détruire les positions relatives. Seules les distances et l'amplitude des vibrations changent. En solution (grande quantité d'eau) les + et les - ne se déplacent pas indépendamment les uns des autres et gardent de façon plus lâche la structure du cristal sec grâce aux grappes H2O orientées.
• K+, NH4+ (et -NH3+) sont semblables en taille. Donc leurs nuages de H2O aussi et se rassembleraient. Et ce d'autant plus que si l'anion majoritaire est aussi de la même taille.  C'est le cas du =PO4- . Ceci expliquerait pourquoi K+, par ressemblance avec -NH3+ et =PO4- , est à l'intérieur de la cellule et Na+ et Cl- à l'extérieur:
• Nombre d'ions internes (e.coli),   K⁺_i = 10⁸      Na⁺_i = 10⁶ ~ Cl ^-_i        Na⁺_x/Na⁺_i = 20.
• Les rayons ioniques (pharmacorama): Na⁺_r = 97 pm    K⁺_r = 133 pm (+40%)    NH4⁺_r = 145 pm (+5%)     Cl ^- _r = 181 pm (libre et unique). Ca⁺⁺_r = 99 pm     Mg⁺⁺_r = 66 pm. La polarisabilité est indiquée comme la conséquence du nombre d'électrons: Na⁺ = 10e, K⁺ = 18e.   Problème du rayon ionique de NH4+ : Atkins De Boeck Supérieur 1998 page 265, 137 pm.     Wiki anglais, 175 pm.  d'autres: égale à K⁺_r.
  

  Eléments	Li+	Na+	K+	Mg++	Ca++	Fe3+	F-	Cl-
  Rayon ionique A°	0,68	0,97	1,33	0,66	0,99	0,64	1,33	1,81
  Enthalpie d'hydratation Kj/mol	-519	-406	-322	-1921	-1577	-4430	-515	-381

• =PO4^- fixe et gros, liaison P-O^- = 156 pm à la quelle il faut ajouter le rayon de O (wiki).    (phosphate-verre 145 à voir annexe 3.1)
• Ca++ : Les molécules de H2O doivent créer 2 grappes alignées, mais de sens opposés, pour s'attacher au Ca++ (répulsion électronique des atomes d'oxygène). Dans une solution, tout en conservant la configuration lâche d'un cristal avec les anions, le cation, de part sa double charge, va tournoyer et donc perturber les environnements H2O des autres ions et sera plus facilement chélaté par des molécules à 2 atomes donneurs d'électrons (paire d'électrons ou anion). Et ceci d'autant plus que le rayon ionique de Ca++ est grand. Dans le cas de Mg++, le rayon ionique est 50% plus petit, donc les H2O sont plus fortement attachées et l'ensemble est plus compact, donc son tournoiement est moins perturbateur et Mg++ est plus difficile à chélater. Ce qui fait que dans E.Coli on ne compte que 40 cations ca++ de libres contre 2000 (?) chélatés alors que les cations Mg++ sont au nombre de 4000 et tous libres.
• L'organisation des H2O et des solutions en général......

2. L'organisation du liposome:

7.8.13 Mont d'est

• Rappel de la formation du liposome avec le postulat du pétrole prébiotique d'où l'article sur la chiralité prébiotique.
• Séparation des phases grâce aux forces VdW
• K+
• Invagination et non auto-assemblage
• Mise en œuvre de contrainte-liberté: liaisons anhydrides des ag d'où les PLDs à 2 alkyls
• Formation des têtes: liaisons esters, DHA-P, PLDs PG PS puis PE (formose)
• Chiralité + cohésion + dipôle + longueur des alkyls + pression
• Initialisation du métabolisme d'où dATP = A + Glycéraldéhyde-P + Acétaldéhyde (mais pas de ATP)
• dCTP, CTP, Ser: réunion ADN ARN Protéine.
• Diffusion des petites molécules + indole + bases ....d'où chimie spécifique à l'intérieur = sucres + hélice α vissée à la membrane
• Accrochage des aas par les têtes hydrophiles d'où pseudo-peptides, canaux
• Enzymes dans ou fixées à la membrane. Enzymes libres ?? d'où métabolisme central
• Conséquences: petits aas (DHA Ser Gly Cys Ala Thr), aas hydrophobes attrapés par la face externe (F W A ... G P)
• Problème des autres aas E K Q R H:
• E     en formant un cycle (wiki aas)
• Q    à l'intérieur E + NH3
• K     sous forme neutre elle devient quasiment aliphatique
• R     d'abord entrée d'ornithine (comme K) puis ajout à l'intérieur de carbamoyl-P.
• H     reste H

3. Organisation de l'ADN

8.8.13 Mont d'est

• Je cherche ici à repérer le principe de contrainte-liberté (et non C-V qui est, on l'a vu, dû à la séquence des bases et de leurs modifications). C'est comme cela que j'ai découvert la chiralité avec le liposome en décrivant son organisation et sa formation.
• La 1ère constatation qui paraît à priori triviale, c'est que les bases se présentent sous forme d'une séquence linéaire, bases ne pouvant jamais interagir à distance comme entre les aas d'une protéine qui est linéaire aussi. Une base n'interagit qu'avec ses 2 voisines, celle de devant et celle de l'arrière, en consolidant la structure par les forces de VdW et aromatiques. Et aucune base ne doit être libre (non appariée). Cette séquentialité est enfermée dans un coffre-fort par l'appariement stricte entre 2 brins complémentaires grâce aux liaisons hydrogènes nettement plus fortes que les liaisons de VdW et aromatiques aux-quelles elles s'ajoutent. C'est quasiment un cristal. Ce sont les attributs d'un support de mémoire. Cette mémoire représente l'enregistrement strict de toutes les étapes des nombreux processus de la vie qui se déroulent dans le temps et non dans l'espace à 3 dimensions. C'est une logique implacable et elle est linéaire. Elle ne peut pas être à 2 dimensions. Pour un processus donné le nombre et l'arrangement des bases devraient être toujours les mêmes.
• On atteint le maximum du principe de contrainte. Je dis maximum et non total car les liaisons hydrogènes peuvent se faire et se défaire facilement. Il serait total si, à la place des liaisons hydrogènes, on avait des liaisons covalentes. Et ça sera un cristal, donc un minéral.
• Le principe de liberté est ainsi introduit par les liaisons hydrogènes. Elles sont indispensables pour que la mémoire puisse être lue et que les processus de la vie puissent continuer. Mais en s'ouvrant elles obligent les bases à interagir avec l'extérieur (en dehors du chromosome). Ceci nous relie alors au principe d'action/réaction comme pour les têtes hydrophiles des liposomes qui interagissent avec son environnement. Mais le principe de liberté s'étend aussi, dans le cas de l'ADN, aux attaques du milieu extérieur: cassure du squelette ou des bases par les radiations ou des molécules étrangères au métabolisme. Mais même les molécules du métabolisme central peuvent attaquer les bases lors de l'ouverture des liaisons hydrogènes. La maintenance de l'intégrité de la séquence des bases est la garante du principe de liberté. Mais cela va au-delà de la correction des erreurs puisque cette liberté permet de créer d'autres arrangements et de là introduire la variabilité de l'évolution darwinienne. Comme la contrainte de cristallisation de l'ADN introduit la constance de l'évolution darwinienne.
• La maintenance de l'intégrité de l'ADN constitue un métabolisme à part entière.
• La constance et la variabilité existent aussi au niveau atomique, mais elles ne résultent pas du principe C-L , mais de l'état quantique des atomes. Elles existent d'ailleurs uniquement dans 2 atomes, le phosphore et l'azote.
• Le phosphore représente la constance puisque, quasiment, le phosphore se présente toujours sous la forme d'un tétraèdre H3PO4 dans le monde du vivant. Et même dans le monde minéral la plupart des minéraux à phosphore sont faits de cette molécule. Il est rare de trouver le phosphore seul, sans oxygène, comme c'est souvent le cas avec As appartenant à la même colonne que le phosphore.    
• L'azote représente la variabilité. En effet l'amine -NH3+ a la particularité unique parmi les éléments de changer périodiquement de conformation avec une fréquence de 24 GHz. Ce changement de configuration est d'une grande importance au niveau de la tête hydrophile des PLDs et des aas. Importance pour la cohésion du liposome, par l'intermédiaire de la chiralité, et de son approche par les aas.
• La 2ème constatation c'est que le chromosome procaryote est très long, jusqu'à 10 millions de pb sans parler des eucaryotes dont certains chromosomes peuvent atteindre 500 millions de pb. Et comme c'est une double hélice, tout processus pour l'ouvrir entraîne des déformations topologiques énormes. Et même impossible à établir comme dans le cas de la réplication. C'est pour cela qu'interviennent des protéines spéciales, gyrase, topoisomérase, qui reconnaissent ces déformations, les coupent au niveau de quelques liaisons phosphodiesters et les ressoudent juste après. Ces déformations ne sont possibles que si la structure est souple. Pour cela il n'y a que les propriétés des bases qui puissent être adaptées, le squelette étant imposé par le sucre-P (dR-P pour les êtres vivants autres que les virus). Ces propriétés incluent le nombre de types de bases et les propriétés de ces bases. Comme pour la bicouche lipidique nous avons là associés les 2 principes de contrainte et de liberté.
• Le nombre de types de bases dans l'ADN ne peut être que de 4. Quand on compare à l'ARN fonctionnelle, après modifications post-transcriptionnelles, où le nombre de types de bases se compte en dizaines, on peut se demander pourquoi l'ADN est limitée à 2 types de paires de bases. C'est le principe de contrainte qui le limite comme on l'a vu dans la linéarité de l'ADN. Mais c'est aussi le principe de liberté qui le limite, car le métabolisme de la maintenance de l'intégrité de l'ADN, garant de ce principe de liberté même, devient soit trop complexe soit peu fiable vis à vis de cette intégrité.
• Mais on peut se demander pourquoi ne pas se limiter à 1 seule paire de base? On peut très bien, du point vue logique, constituer une mémoire avec 2 bases comme en informatique avec le zéro et le un. Seulement du point de vue topologique les contraintes sont les mêmes pour AT et TA par exemple. Donc pour la topologie on aura une uniformité. Et qui dit uniformité dit quantique et donc cristallisation et rigidité. Aussi le minimum qu'on puisse imaginer c'est 2 types de paires de bases. Cela satisfait le principe de contrainte qui doit être maximum. Le passage à 3 types de paires de bases peut être rédhibitoire pour des chromosomes de 10 millions de paires de bases comme on l'a vu pour la maintenance de l'intégrité. Cela peut être envisageable, cependant, au début de l'évolution moléculaire avec de petits brins de quelques centaines de paires de bases. 
• Pour les chromosomes très longs on peut améliorer la souplesse des 2 types de paires de bases en choisissant les propriétés des bases. Comme précédemment ce n'est pas les propriétés intrinsèques des 2 types qui doivent être prises en compte, mais seulement la différence de souplesse.  Si cette différence est trop grande on touche au maximum du principe de contrainte, par contre la maintenance de l'intégrité de l'ADN ne devrait pas beaucoup changer. Mais même pour ce dernier point les propriétés intrinsèques de la base restent primordiales. C'est le cas notamment pour le choix de dT au lieu de dU.
• La 3ème constatation c'est qu'il existe des protéines qui ne font qu'ouvrir le double brin pour initier la transcription qu'on appelle les facteurs de transcriptions. Ils n'ont aucune activité enzymatique classique d'établissement ou de rupture de liaisons covalentes. Les radicaux de leurs aas doivent établir des liaisons ioniques et hydrogènes avec le squelette de dR-P, comportements qui sont proches de l'encapsulement des sucre-Ps du métabolisme central. Mais ils doivent établir aussi des liaisons hydrogènes avec les 4 bases nucléiques. Ce qui est beaucoup moins fréquent dans le métabolisme central. Ensuite ces protéines doivent progresser pour établir de + en + de liaisons pour progresser. Comme l'ADN est une double hélice, ces protéines doivent avoir aussi des hélices α et comme ces dernières ont une hélicité droite, elles peuvent progresser le long de l'ADN comme on enfonce un tire bouchon. Nous retrouvons là une autre utilisation et de la chiralité des sucre-Ps et de celle des aas pour la pénétration des hélices α dans la membrane. Ainsi on connaît maintenant l'origine ou plutôt la nécessité (la contrainte) d'avoir ces aas. Ce sont Q R S L (voir tableaux des comptages des aas pour les facteurs de transcriptions, en préparation):
• R pour la charge + qui s'accroche au squelette de charge - de l'ADN. R peut créer aussi des liaisons hydrogènes avec les bases.
• Q pour principalement ses liaisons hydrogènes avec les bases.
• S et L pour les hélices α
• Les aas hydrophobes pour les relations hydrophobes avec les bases
• K est moins représentée que dans les protéines libres
• K et R dominent dans le ribosome (avec E?).
• On peut ainsi expliquer la longueur de ces aas par hélice α et interaction avec ADN et ARN.

Le principe d'action/réaction

10.8.13 Paris

1. Thermodynamique:

• Hiérarchiquement le principe de C-L est en 1er par rapport à celui de l'organisation comme on l'a vu précédemment. La contrainte est produite par une force omniprésente et isotrope. Elle est représentée par la pression hydrostatique dans l'hypothèse de la poche de pétrole prébiotique (ref.). Voilà donc l'origine de l'énergie organisatrice nécessaire à l'évolution moléculaire dans ce type d'hypothèse.
• On peut voir une contrainte comme un contrôle. Mais celui-ci possède une notion de finalité: on contrôle un processus pour arriver à un objectif déterminé d'avance. Si maintenant on enlève cette notion de finalité le contrôle devient une action ponctuelle dans l'espace et le temps, qui peut n'avoir aucun objectif déterminé. A cette action sur une entité donnée celle-ci réagit par une réaction, une force opposée pour revenir à son équilibre de départ.
• La physique classique étudie les forces, avec les notions d'action/réaction, d'un point de vue humain. On part d'un objet solide, assez gros pour qu'on puisse le manipuler: ce sont les forces de contact. Mais on peut aussi étudier la gravitation et l'électromagnétisme en invoquant une force qui agit à distance et se propage dans le vide. On utilise ici aussi des objets solides.
• Ensuite on a appliqué ces principes à tout processus physique. Appliqués aux gaz cela a donné la thermodynamique qui s'en sort assez bien. Appliqués à la lumière, par contre, cela a abouti à des paradoxes qu'on a résolu avec la mécanique quantique qui associe dans une même équation onde et corpuscule (notion de point matériel ou de corps solide). Mais appliqués aux liquides, ces principes de physique des solides ont donné l'hydrodynamique, matière très obscure puisqu'elle ne tient pas compte (par simplification) des forces électromagnétiques et chimiques entre les points matériels avec lesquels on modélise un liquide. Les résultats de la thermodynamique et ceux de la physique quantique, appliqués aux liquides, ont abouti à la chimie moderne en simplifiant à l'extrême la mécanique quantique. Or l'évolution moléculaire ne permet pas la simplification tant les relations, entre le nombre incalculable de molécules mises en jeu, dépassent l'entendement et même les possibilités des simulations numériques. De même le principe d'action/réaction de la physique classique (point matériel) n'est plus pertinent dans un liquide. Et même l'action à distance de l'électromagnétisme n'est plus possible, parce qu'il n'y a pas de vide dans un liquide. Il faut un processus puissant, externe au liquide, pour agir à distance sur toutes ses molécules, mais qui en fait transmettent l'action de proche en proche. Une molécule donnée du liquide ne peut agir sur une autre molécule que par l'intermédiaire de ses molécules voisines. Il n'y a plus de force de contact (il faut un corps solide) ni d'action à distance. Il n'y a plus que l'attraction des noyaux atomiques et la répulsion des nuages électroniques des molécules. La résultante de ces 2 forces est équilibrée par la pression hydrostatique en un point donné de la molécule. Comme la pression hydrostatique varie avec la distance, la molécule sera toujours en mouvement. La distance entre les centres de 2 molécules est une mesure de la pression hydrostatique qui n'est autre que l'expression de la gravitation. Et comme l'origine de cette pression n'est d'autre que la matière (électromagnétisme), la gravitation serait de nature électromagnétique, sans champs ni électriques ni magnétiques. C'est ainsi que la gravitation attire toujours vers le centre d'un amas de matière, puisque le gradient de la pression est dirigé vers le centre.
• 11.8.13 Paris
  [  Note:  ajouter le principe d'initialisation
• L'initialisation est imparfaite: avec les molécules étrangères (bases, His....) et fabrique les 1ères petites molécules (Ser, Gly, Asp). Pour l'ADN piégeage des acides nucléiques par les facteurs de transcription, auto-duplication de quelques acides nucléiques ---> oriC, mais aussi origine du processus de fabrication par morceau et non nucléotide par nucléotide en séquence, puis correction des erreurs ce qui donne initialisation du processus de fabrication de l'ADN, de la réplication et du métabolisme de maintenance de l'ADN (variabilité de Darwin).
• Évolution lente initialisée par le principe de contrainte/liberté puis par le principe d'organisation et enfin par le principe d'action/réaction.
• Ce principe d'initialisation concerne 6 métabolismes:
1. Organisation de la communication entre intérieur et extérieur à travers la membrane : canaux, diffusion, têtes hydrophiles, protéines membranaires.
2. Le métabolisme centrale: voir chiralité prébiotique.
3. La maintenance réparatrice de l'ADN.
4. Les modifications post-transcriptionnelles.
5. Les modifications post-traductionnelles.
6. La construction de la paroi bactérienne.
• A priori les initialisations des métabolismes pourraient démarrer avec des réactions chimiques ou à la rigueur avec 1 coenzyme (métal) + quelques aas.
• Ces métabolismes ont leur existence propre comme en automobile est la sous-traitance de la finition ou des finitions. Le processus principal étant le liposome, l'ADN, l'ARN et enfin les protéines. Processus principal et métabolismes coopérant en un cercle vertueux. ]

2. Le liposome:

• Quantique, volume du liposome et pression hydrostatique.
• Action locale quand une liaison chimique se forme (covalente ou hydrogène) suite à une pression locale qui rapproche les atomes ou les molécules concernés.
• Le pouvoir d'organisation du nuage des molécules d'eau autour d'une molécule (ou un ion) varie beaucoup d'une entité à une autre. Les ions des métaux de transition sont d'autant + organisateurs que le nombre d'électrons de la couche 4d augmente. C'est ainsi parce que leur nuage électronique des couches 1+2+3 contient déjà 18 électrons. Et c'est pour cela que P, K et S sont les premiers organisateurs de la structure: P pour la membrane, K à l'intérieur et S pour les clusters catalytiques (+ Mo).
• Transmission:
• Ensuite le changement dû à l'action locale est transmis radialement. Le cheminement de ce changement de proche en proche peut provoquer aussi une action locale.
• L'environnement proche de l'action locale réagit (réaction) ce qui provoque un 2ème changement qui est transmis à son tour radialement.
• Cette transmission à distance de ces changements correspond au principe théorique de la physique classique de l'action à distance (on remarque que la plupart des cas en physique classique on ne parle pas de réaction à distance. L'action/réaction se fait souvent au point de contact). Toute action à distance ne peut être qu'organisatrice, l'établissement d'une liaison chimique n'étant pas explosive). Soit elle est en synergie avec l'organisation déjà existante, soit les 2 principes de contrainte/liberté et d'organisation l'intègrent dans leur processus, soit dynamiquement en donnant du mouvement à certaines structures, soit en améliorant l'organisation générale. C'est comme quand on retire une pièce d'un échafaudage: soit cela est prévu pour positionner correctement et lentement une structure, soit ce n'est pas le cas et on remet la pièce ou une autre plus adéquate. L’échafaudage est bien imagé, car les actions locales (établissement de liaison chimique) produisent des changements de faible amplitude par rapport à une organisation de la taille du liposome.
• La boucle action/réaction, organisation et contrainte/liberté est vertueuse. Elle est sans fin et produit d'autres structures où s'installe cette boucle: liposome, ADN, membrane nucléaire, organites, organisme .... et ainsi de suite sans parler de la reproduction qui duplique les structures déjà existantes (liposome, ADN).
• Les dipôles, la chiralité et la transmission à travers la membrane:
• 2 chaînes: Il n'y a pas de vide dans le liquide. Par contre la membrane est constituée à l'intérieur de 2 feuillets de chaînes aliphatiques, l'un en face de l'autre. Doivent-ils se toucher pour communiquer? On a l'impression qu'il n'y a aucun processus (au niveau des têtes) qui puisse éloigner 2 chaînes pour créer un vide. Dans ce cas l'interpénétration des 2 chaînes ne peut être que fortuite et serait plutôt gênante, car si elle était généralisée elle enlèverait une liberté à la structure: les 2 feuillets se déplacent indépendamment l'un de l'autre, ce qui assure l'autonomie du milieu intérieur (cytoplasme). Donc s'il y a action à distance dans le vide, elle devrait se faire à très courte distance ou bien même, les processus des têtes (par la chiralité notamment) annulent constamment cette distance. Il faut bien noter que la longueur des chaines aliphatiques est très contrôlée et ne varie qu'avec la pression hydrostatique, la gamme des températures où vivent les bactéries étant étroite. Aux limites des températures elles répondent par une consolidation de la paroi et dans les archées la nature de la chaine se munit de nombreuses insaturations pour répondre aux vibrations dues à la température et va jusqu'à éliminer cette liberté de 2 chaines indépendantes pour n'en constituer qu'une seule, polyinsaturée chez certaines archées. C'est la disparition de ce degré de liberté qui me fait penser que les bactéries sont apparues avant les archées. Car on touche là au principe de contrainte/liberté.
• La transmission: Elle est bcp plus rapide que dans un liquide désordonné (ou plutôt complexe). Elle sera d'autant plus rapide que l'action locale mette en jeu un proton H+. La chaîne aliphatique est faite de 16 ou 18 C et donc de 32 ou 36 H, tous identiques. Le principe d'indiscernabilité de la mécanique quantique (les fermions, les photons) fait qu'en principe le proton devrait se déplacer à la vitesse de la lumière. Mais ce n'est pas le cas, même pour un électron qui passe d'un nuage électronique à un autre, car H doit passer d'un carbone à un autre, sans pour autant établir de liaison covalente. De ce point de vue là, chez les archées la transmission maximum à travers la membrane se fait par les électrons en passant d'une double liaison à l'autre. Cette transmission doit être plus rapide. Cela s'explique par la rapidité des changements dûs à la température.
• Les dipôles et la chiralité:
• Les dipôles des têtes hydrophiles sont très puissants et ceux des 2 feuillets dirigés l'un vers l'autre, à une certaine distance, se repoussent mutuellement. C'est pour cela que les chaînes courtes, dans l'eau, donnent des tuyaux avec les têtes à l'intérieur et les chaînes à l'extérieur, au lieu de donner des bicouches. Quand les chaînes atteignent une certaine longueur la répulsion est équilibrée par les très faibles dipôles des chaînes. Dépassée une certaine longueur les attractions hydrophobes deviennent un frein aux déplacements et le poids de l'ensemble tend à la précipitation (les cires). La longueur des chaînes doit normalement augmenter avec la pression hydrostatique qui tend à rapprocher les têtes (ref.). C'est ce que l'on constate chez les bactéries à 500 bars. Ces considérations de répulsion sont valables qq soit la nature de la tête. Dans le cas où il n'y a que l'acide carboxylique, les têtes réagissent en créant des liaisons anhydrides entre 2 têtes et les chaînes peuvent être plus courtes. Dans le liposome le P a un dipôle bcp + puissant que le carboxyle, mais il est équilibré par le bras amine du PLD voisin. Dans les bicouches à carboxyles le mouvement des 2 acides gras en liaison anhydrique est chaotique et à toute action locale qui attirerait le couple vers l'extérieur de la bicouche, celle-ci réagirait par la force hydrophobe liant l'acide gras concerné avec ses voisins. Ceci a 2 conséquences:  l'action locale doit être forte donc insensibilité aux actions faibles; Ensuite quand l'action se produit, elle désorganise toute la bicouche. Une action locale qui pousse la tête vers l'intérieur de la bicouche est contrée par la réaction des dipôles.
• La chiralité du bras aminé (ou glycérole) permet de réagir rapidement sans faire intervenir les forces hydrophobes des voisines et devient par là même plus sensible aux faibles actions locales dont les plus nombreuses sont les liaisons hydrogènes. C'est ce degré de liberté qui apporte fluidité et sensibilité nécessaires au principe d'organisation. J'ai montré la nécessité de la chiralité L dans "chiralité prébiotique" (ref.), mais j'avais employé des notions de physique classique. Ici la chiralité L s'avère encore plus adéquate avec le principe d'action/réaction en milieu liquide.
• Le potentiel électrique:
    Le potentiel électrique a été invoqué abondamment pour expliquer la chimio-osmose au niveau du liposome. Seulement cette notion est de type physique classique dans l'article de Mitchell (ref.) fondant cette découverte, comme aussi dans mon article chimio-osmose prébiotique (ref.). Les protons sont vus comme particules électriques qui s'amassent sur une face de la membrane, et on imagine l'établissement d'un champs électrique à travers la membrane. Mais d'après les paragraphes précédents, comme il n'y a pas de vide, il n'y apas de champs électrique et ce qui s'amoncelle sur la face de la membrane sont des ions H+ entourés d'un nuage de molécules d'eau. Les forces qui lient les molécules d'eau sur la face ne traversent pas la membrane puisqu'il n'y a pas d'eau entre les chaînes aliphatiques. Le champs électrique s'est déplacé (les électrons) le long des atomes C et H pour atérir dans la tête hydrophile et les molécules d'eau de la face opposée. Là il y a établissement d'une contrainte sur les 2 faces.
     Le principe de contrainte/liberté intervient alors soit en faisant migrer des cations de l'extérieur vers l'intérieur avec leurs nuages d'eau, soit en organisant les liaisons hydrogènes entre la tête hydrophile et des aas hydrophobes, tous les 2 zwitterioniques, pour faire pénétrer les aas dans la membrane, constituant des canaux non liés par des liaisons covalentes.

3. Le principe d'action/réaction avec l'ADN

• Alors que les 4  principes de C/L, d'organisation, d'a/r et de reproduction existent dès le départ de l'évolution moléculaire, à l'état de bribes pour le liposome, pour l'ADN ni le principe C/L ni celui d'organisation ne peuvent être là concrètement et en œuvre, puisque cet ADN n'existe pas encore. Tout au plus on peut dire que le futur du liposome est d'évoluer vers plus de contrainte avec une liberté diminuée mais adéquate pour maintenir l'évolution moléculaire.
     Mais nous ne savons pas comment. La seule initiation possible ne peut venir que du liposome et dynamiquement par continuité de ces processus.  Cette initiation ne peut être que le fait du principe d'A/R du liposome. Cependant le liposome définit dès la formation de la bicouche  (même sans tête de phosphate) une zone de l'espace intérieur qui a la propriété de contrainte (la liberté étant l'espace non réduit à un point ), puisque les têtes ioniques, qu'elles soient carboxyliques ou P, convergent leurs nuages de molécules d'eau vers le centre. C'est une propriété quantique de la bicouche. Ensuite l'ensemble de l'intérieur est un espace organisé puisque les anions de P du feuillet interne sont obligatoirement équilibrés par des K+, rangés en une sphère parallèle au liposome. Et pour équilibrer ces derniers il faut des P au centre. J'ai évoqué P et K parce que ce sont des organisateurs comme on l'a vu au début (et peut-être tout simplement si le bras aminé est un glycérol, donc pas de zwitterion). La tête zwitterionique des PLDs apportent cependant plus de liberté au centre, nécessaire pour l'initiation de la structure de l'ADN.
    Donc ce sont les A/R du liposome qui vont initier la mise en place de l'ADN. Nous avons vu que dans le principe d'organisation de l'ADN, la séquence des bases représente la mémorisation des étapes de la fabrication de l'être vivant. Donc les processus d'A/R du liposome y seront aussi enregistrés.
• Qu'elles sont les étapes initiales de la mise en place de l'ADN?
    C'est en me rendant à l'évidence que la pièce centrale du puzzle qu'est le ribosome ne puisse effectuer son processus de traduction que si les aas utilisés pour faire une protéine doivent faire partie prenante, d'une façon stricte et contrainte, à ce processus. Or nous savons que la liaison protéine/ARN se fait par des liaisons hydrogènes, ce qui serait adéquat pour l'initialisation de l'ADN qui utilise fonctionnellement les liaisons hydrogènes. Mais l'ARN ne peut constituer une mémoire car il est transitoire et très labile. Par contre il est renouvelé indéfiniment à partir de l'ADN qui joue le rôle de support de la mémoire.
    Je me suis retourné alors aux protéines qui se lient à l'ADN et pour que ça soit le plus simple possible (principe d'initialisation), il ne faut pas qu'elles aient des activités catalytiques, alors que les protéines du ribosome peuvent en avoir. Les facteurs de transcription étaient tout indiqués.
• Est-ce que les facteurs de transcription remplissent toutes les fonctions du principe d'A/R?
• Il faut que tout le processus d'action du liposome puisse se réaliser. En effet:
1. Nous savons que le dR-P peut être initialisé par le métabolisme central naissant dû au liposome (ref. chiralité prébiotique).
2. Nous savons que les bases nucléiques sont hydrophobes et peuvent traverser la membrane.
3. Nous savons que les protéines peuvent se former , suivant le principe d'initialisation. Cependant ces protéines doivent contenir les aas nécessaires à la reconnaissance de l'ADN. C'est ainsi que j'ai admis que les aas E Q R K H L peuvent être produits par le métabolisme central naissant ou transportés par diffusion à travers la membrane sous forme hydrophobe:
• E   en se cyclisant et une fois à l'intérieur réapparaître et être aminé en
• Q   (E+NH3) par le métabolisme naissant.
• K    étant donné sa longueur et si NH2 n'est pas protoné peut passer la membrane.
• R   serait le produit de l'ornithine qui passerait comme K et serait transformée en R avec du carbamoyl-P et NH3 du métabolisme central naissant.
• H   passerait (avec C?) en chélatant les métaux de transition, notamment Zn.
• L   J'avais admis par ailleurs, dans chiralité prébiotique (ref.), que les aas hydrophobes sont introduits dans la membrane et puis passent dans le cytoplasme, par le principe d'A/R du liposome, et notamment L.
4. J'ai vérifié que ces aas E Q R K H L sont en abondance dans les facteurs de transcription (ref.), relativement par rapport aux enzymes libres du cytoplasme (ref.) et aux hélices α des canaux et pores membranaires (ref.).
5. Certains facteurs de transcription peuvent très bien exister avant l'apparition de l'ADN car issus du principe d'A/R du liposome. Comme les peptides chélatant Zn ou d'autres métaux pour faire passe His. Ces facteurs sont petits (principe d'initialisation) et très organisateurs puisque contenant des métaux de transition qu'on a vu très organisateurs.
• Il  faut que le facteur de transcription naissant puisse réagir à l'action du liposome, c'est le cas qu'on souhaite en intégrant des dNs ou des oligo-dNs. Cependant pour que l'évolution suive son cours il faut que l'ADN produise sa propre action vers l'ARN et qu'elle s'organise pour arriver à un début de contrainte.
    En effet on peut considérer ces facteurs comme des pièges à dR-Ns ou à R-Ns quand le ribose commencera à apparaître dans le métabolisme naissant. Les monomères peuvent servir de coenzymes (d'abord dR-N voir chiralité ref.) puis les oligomères peuvent se combiner à certaines protéines du principe d'A/R du liposome pour rentrer en synergie avec le métabolisme naissant.
• A ce point nous rentrons dans le monde ARN très complexe et qui a été étudié largement. Toute une recherche sera nécessaire pour continuer le processus de l'évolution moléculaire après l'initialisation de l'ADN. Cependant l'hypothèse que les AGN soient à l'origine de l'ARN et/ou de l'ADN parait très intéressante du point de vue du principe d'initialisation. Car le polyglycérophosphate apparaît dans le métabolisme central actuel et j'ai montré dans chiralité prébiotique qu'il apparaît sous la forme 3 suite au piégeage du DHA par la contrainte des têtes carboxylées.
   Cependant si c'est le cas il faut expliquer pourquoi l'évolution moléculaire le remplace par 2 molécules à comportements évolutifs opposés que sont la quasi cristallisation de l'ADN d'un côté et l'hyperactivité catalytique ainsi que la fragilité de l'ARN.
   Il me parait tout à fait logique que l'objet du principe d'action/réaction soit distinct de l'objet des principes C/L et organisation. Ce que remplirait l'AGN. C'est comme s'il y avait une auto-activation, ce qui ferait boule de neige et bloquerait l'évolution moléculaire: l'ARN activant la production de l'ARN, l'ADN par l'ADN et le PLD  par le PLD. Cela constituerait des boucles très courtes.
   Aussi s'il s'avérait que l'AGN est à l'origine de l'ARN et de l'ADN, il faut que seul l'ARN le soit d'autant plus que l'ADN apparaît rapidement dans le métabolisme naissant (voir chiralité prébiotique). L'ARN remplacerait plus tard l'AGN beaucoup plus adapté comme on l'avait vu ci-dessus.
• L'hypothèse des facteurs de transcription (des pseudos) me parait intéressante car, en plus de remplir les fonctions du principe d'A/R ils semblent pouvoir initialiser la réplication de l'ADN comme le principe C/L introduit l'organisation et celle-ci introduire le principe d'A/R. En effet ces facteurs reconnaissent des séquences avec des motifs répétés et ou palyndromiques. Les facteurs eux-mêmes (doigts de Zn, HTH ....) ont des géométries analogues. La fabrication de la séquence d'ADN, enregistrant les étapes des actions et réactions, serait provoquée par les agents du principe d'A/R et en plus, en dupliquant les motifs, il est plus facile de fabriquer une séquence proche de l’antécédente en changeant quelques bases seulement. Ce qui non seulement initialise le principe d'organisation de l'ADN mais initialise aussi le métabolisme de maintenance. Ce processus organisateur de l'ADN débouche sur sur l'initialisation de la réplication grâce aux processus d'appariement des bases qui sont le fondement du principe de C/L de l'ADN.
   Ce qui est inouï dans ces facteurs c'est que le facteur d'initiation de la réplication reconnaît un motif de même nature, mais en plus il est petit, à peine 248 nucléotides chez E.Coli. Il contient 3 fois un oligo de 13 N et 4 fois un olgo de 9 N. Il s'appelle Oric chez E.Coli.

Le principe de réplication

  Ce principe doit perpétuer une organisation donnée ayant les capacités d'accomplir les 3 principes précédents (C/L Organisation A/R), mais d'en créer de nouvelles par le mécanisme de duplication de l'ADN. Ce principe s'applique au liposome, mais il y est rudimentaire.
  L'évolution moléculaire aboutira à l'évolution darwinienne en ajoutant un métaprocessus chapeautant les 3 autres qui est l'échange des gènes et leur mixage par la sexualité et les virus. (+ polyploïdie)
  Les virus sont constitués d'ARN surtout. L'hyperactivité de l'ARN le désavantageait jusque-là mais sa cristallisation en présence de protéines lui permet d'approcher l'éternité tout en renaissant quand il rencontre de l'ADN et la machinerie qui va avec pour produire, dupliquer, et son ARN et ses protéines. Par là il transfère horizontalement les gènes entre les organismes qui, même s'ils disparaissent, les virus sont là pour continuer l'évolution moléculaire et repartir plus rapidement que si on partait de zéro.

16.08.13 Villette avec Elsa, dans le métro.

[ DNAzyme, GNA ne prend pas thymidine ]

• Principe de production: Il devrait se mettre avant réplication. Alors que le principe de C/L permet une synthèse de masse, continue, ce qui permet de passer au principe de l'organisation de cette masse, le principe de production devrait synthétiser des molécules à la demande en réponse à une action et ceci avec l'aide (et le contexte) du C/L. Cette réponse est ponctuelle et devrait synthétiser, en petite quantité, des molécules correspondant à l'action. Ces molécules se déplacent tout en restant dans le contexte C/L et peuvent s'organiser localement et répondre à d'autres actions/réactions.
• Chez E.Coli les 1ères étapes de l'évolution moléculaire en question: LGA (P?), éthanolamine.

Poster

 18.08.13 Paris dimanche Poster pour HGTS de Londres le 5 et 6.09.13

Concept global de l'origine de la vie

Poster de haut en bas et de bas en haut

1. De haut en bas
• Introduction: les virus, l'ADN, les protéines, le liposome, les surfaces minérales, le Postulat.
  • Cristallisation = contrainte
  • L'ADN organisé et cristal = organisation
  • Les protéines sont des démons = organisées, cristal, A/R.
  • Liposome = cristal liquide, organisé, A/R
  • Vésicule réverse = contrainte seulement sans A/R, production
  • Surface minérale = contrainte + production.
• Le virus a atteint le stade de cristal qui peut se reproduire. C'est le stade ultime (éternité spores). Mais il a besoin de l'ADN pour se reproduire. Peu de mémoire qui aura besoin d'une bactérie pour se reproduire.
• L'ADN ne peut faire comme le virus que s'il a une petite taille. Or l'ADN est un support de mémoire. Et pour être autonome (embarque aussi le programme des ribosomes) elle doit pouvoir réagir à toute situation d'où une grande mémoire difficile à cristalliser:
  • peut se reproduire par appariement
  • A/R grâce aux facteurs de transcription qui ont induit sa fabrication.
• Les protéines, A/R par petites molécules et métaux, ne peuvent pas se reproduire. La fabrication des protéines est induite par A/R à l'environnement des liposomes.
• Le liposome: 1er démon, auto-assemblage (processus mécanique), cristal liquide.
  • Reproduction par fission.
  • Liaisons VdW
  • Têtes zwitterioniques piègent les aas.
  • Fabriqués à partir des vésicules réverses
• Les vésicules réverses: surface ionique non cristalline contraignant la fabrication des têtes. Reproduction par fission comme les liposomes.
• Les surfaces minérales: catalyse par contrainte des ags et soupe prébiotique (pétrole).
2. De bas en haut

19.08.13  Noisy

Global concept

L'évolution moléculaire est le processus qui fabrique le vivant à partir du minéral.
  Dans le monde minéral le cristal a une cohérence physique qui le rend parfait, éternel, mais ne permet pas sa reproduction. Cette cohésion se retrouve chez les virus qui se perpétuent sous forme de cristal de protéines et d'acides nucléiques. Les virus paraissent ainsi comme l'aboutissement de l'évolution moléculaire: un cristal qui peut se reproduire.
 Mais les virus ne peuvent se reproduire que dans une cellule. Donc l'évolution moléculaire passe d'abord par une structure qui peut se reproduire mais qui n'est que partiellement cristalline. En effet la cellule est constituée de 2 entités reproductibles: L'ADN qui contient le programme (support de la mémoire) de fabrication se reproduit par appariement (comme le fait le virus) et a une structure cristalline; En second lieu le liposome qui définit un espace fermé où l'ADN peut être produite suite à l'nteraction du liposome avec son environnement. Le liposome a une structure de cristal liquide et se reproduit par scission. la synchronisation de ces 2 types de reproduction donne naissance à la cellule.
 Le liposome parait ainsi comme le début de l'évolution moléculaire et doit être lui-même fabriqué par le monde minéral.
 Le concept global de l'origine de la vie est un corpus de 6 principes fondamentaux qui sous-tendent l'évolution moléculaire du minéral vers la cellule procaryote ainsi que l'évolution darwinienne par la suite. Ces principes se traduisent par des processus physico-chimiques dans l'évolution moléculaire qui seront provoqués eux-mêmes par des processus macroscopiques (au niveau du temps aussi) dans l'évolution darwinienne.

Préalable

• Postulat du pétrole prébiotique pour éviter toute polémique. Justification:
• hydrothermales, Titan, expérimentation
• vésicules et soupe prébiotique (clathrates)
• L'initialisation d'un processus qui est sous-tendu par un des principes, tient compte de l'existant (molécules produites en petites quantités par les processus qui le précèdent). Ce qui fait que le processus peut être très lent et ne représenter que partiellement le principe qui le sous-tend.
• Des boucles du scénario peuvent se dérouler de façon répétitive dans un cercle vertueux tendant vers ces principes de + en + parfaits.
• Au début de la mise en place du concept global, il est facile d'imaginer les 1ères étapes de l'évolution moléculaire ou les étapes précédant un processus finalisé comme on le connait dans la cellule. Par contre les scénarios resteront en pointillés entre ces 2 points, de départ et d'arrivée, tant que ces derniers ne soient confirmés par l'expérience ou par consensus. Aussi les scénarios que je présenterai seront toujours à l'état d'ébauche.

20.08.13

Les principes

C/L

21.08.13 Paris

 Les 4 principes fondamentaux s'appliquent aux surfaces minérales, au liposome, à l'ADN, à l'ARN et aux protéines. Les protéines sont initialisées sous forme de peptides par le liposome et deviennent:

• des démons de Maxwell piégeant les petites molécules d'où des réactions enzymatiques aux directions imposées. Il n'y a pas de réseau de réactions chimiques dans un liquide. C'est le principe C/L qui y est appliqué.
• des messagers transmettant les A/R du liposome vers l'ADN. Au début ce sont d'abord des démons de Maxwell piégeant des dNTP pour initialiser l'ADN.
• une partie de ces messagers liposome/ADN se transforment en machines-outils pour réparer et fabriquer l'ADN = interaction entre 2 entités organisées. Une 2ème partie reste toujours messagère entre liposome et ADN. Une 3ème partie se combine avec l'ARN pour constituer les ribosomes. Une 4ème partie interagit avec l'ARN constituant des machines-outils post-transcriptionnelles. Ces protéines à l'origine des messagers ne sont plus des démons piégeurs par la suite dans leur interaction avec les acides nucléiques.
     Ce sont les principes A/R, organisation et réplication qui sont mis en jeu. Le principe C/L devient une transformation topologique continue qui a vocation à séparer les différents partenaires macroscopiques pour ne pas atteindre l'état de cristal. Les entités sont soit recyclées soit détruites (entités intermédiaires, labilité  des protéines et des ARN). Il n'y a pas reproduction de l'ARN.
• Les protéines membranaires en interaction avec la membrane ne subissent pas ce principe C/L comme les acides nucléiques. Le principe C/L leur est appliqué de façon permanente. Elles font partie de l'organisation du liposome, deviennent rigides constituant des mécanismes ou des automates répondant aux A/R qui arrivent sur le liposome. En principe elles ne devraient pas être détruites, sauf lors de la destruction de la membrane, mais fabriquées de façon continue avec l'expansion de la membrane. Ce sont les voies de transport de matière ou de messages , mais aussi des usines fabricant de la matière souvent énergétique en réponse aux interactions (A/R) de la membrane avec le cytoplasme ou l'extérieur, mais aussi entre différentes régions (avec des protéines) du liposome. Il y a reproduction de la membrane mais pas de ses protéines.
• On voit ainsi que seuls l'ADN et le liposome qui se reproduisent.

 25.08.13 dimanche retraite Paris

• Interaction protéine-protéine: ce sont les modifications post-traductionnelles.
    Elle est de même nature que l'interaction protéine/ARN. Elle modifie fonctionnellement et structurellement la protéine concernée ou l'ARN. C'est tout à fait le contraire de l'interaction protéine/ADN qui interdit toute modification par la correction des erreurs et permet A/R en ouvrant, sans modifications, l'ADN.
    Les interactions protéine/protéine ou protéine/ARN vont jusqu'à la destruction en passant par des modifications qui donnent des fonctionnalités inexistantes dans la mémoire de l'ADN.
• Interaction protéine/liposome: en dehors des protéines membranaires intrinsèques qui y résident de façon permanente,la membrane peut servir à l'installation de la conformation de la protéine. La membrane sert aussi d'attache à certaines protéines.
    Ici c'est C/L et organisation qui sont en jeu et non A/R et reproduction.
• Il faut parler de
• métabolisme centrale = petites molécules
• métabolisme de réparation de l'ADN
• métabolisme post-transcriptionnel
• métabolisme post traductionnel
• métabolisme liposomique, au-delà des petites molécules  (piège, canaux....)
• métabolisme de la paroi
• Dans la cellule actuelle il n'y a pas de réaction chimique de type thermodynamique car elles interfèreraient avec les contrôles enzymatiques. C'est pour cela que le début de l'évoultion moléculaire se fait avec et dans la membrane. Le zwitterion de la tête hydrophile accroche (comme entre des pinces) le zwitterion d'un aa. L'ensemble peptide-membrane (ou plutôt pseudo-peptide, n'ayant pas de liaison peptidique) piège les petites molécules qui viennent de l'extérieur (bases nucléiques, pro-coenzyme, autres molécules comme indole qui donnera à l'intérieur le tryptophane....) et des petites molécules fabriquées sur la face interne et qui correspondent au métabolisme central. Avant que les enzymes ne deviennent libres dans le cytoplasme il n'y a pas de réactions thermodynamiques et les petites molécules, externes et internes, sont canalisées et réagissent dans des zones hydrophobes où les molécules d'eau y sont contrôlée aussi.
   Ceci explique l'unidirectionnalité des hydrolyses et estérifications qui sont en chimie thermodynamique bidirectionnelles. Les enzymes se comportent comme des démons de Maxwell. Et le liposome est le plus grand, le 1er et le plus fort de ces démons grâce à sa taille. Mais cette taille ne doit pas dépasser une certaine limite car l'effet quantique qui fait sa force par rapport aux protéines, dépend de la taille de la membrane et de l'espace à 3 dimensions qu'elle délimite à l'intérieur. Plus cet espace est grand plus le désordre est grand. Il y a donc une taille optimale à déterminer par calculs et expérience. Elle doit dépendre de T et P. La pression doit être élevée pour que les molécules soient proches les unes des autres et que les processus quantiques se transmettent plus efficacement et rapidement. La température doit être optimisée aussi pour éviter désordre et cristallisation.
• Aromaticité des bases nucléiques: