Retour sur la notion de chiralité

vendredi 20 février 2004
par  Eric LOMBARD

Xavier Sallantin postule qu’environ 11 milliards d’années après le big-bang s’est produite la correction d’une dyslexie chirale (non discrimination de la Gauche et de la Droite). Cette correction aurait permis aux molécules composant la matière vivante de s’accorder sur un sens unique d’enroulement, déterminé par le sens unique d’une force. Sur la terre cette force serait la force de Coriolis liée à la rotation de la terre.

Avant de faire un examen critique de cette hypothèse, arrêtons nous un instant aux notions de base qui la sous-tendent.

Chiralité

La chiralité est une notion géométrique.

Une forme est chirale si elle n’est pas superposable à son image dans un miroir (absence de plan de symétrie)

Exemples : une main, une hélice sont chirales

Wikipedia : Chirality

La chiralité en chimie organique (stéréochimie)

- Les molécules organiques possédant au moins 1 carbone asymétrique sont chirales. Dans ce cas la molécule possède 2 formes dites énantiomères (même formule chimique, mais structures 3D non superposables). Ces 2 formes sont appelées type L et type D.

Un atome de carbone dans une molécule est dit asymétrique s’il est lié avec 4 atomes ou groupes différents.

- Les sucres alimentaires sont tous (ou presque) de type D.

- Les acides aminés codés par l’ADN [1] sont tous de type L, sauf un, la glycine (GLY)
La glycine n’est ni de type L, ni de type D, pour la simple raison qu’elle n’est pas chirale (son carbone n’est pas asymétrique)
17 acides aminés ont 1 carbone asymétrique, 2 en ont 2 (ILEU et THR)
Il existe des acides aminés de type D [2]

- Les macromolécules hélicoïdales comme les protéines et l’ADN sont chirales.
On distingue les hélices alpha (droites, cad même hélicité qu’un tire-bouchon pour droitier) et les hélices béta (gauches).

Les macromolécules naturelles se présentent sous forme d’hélice alpha (droites)

Pouvoir rotatoire de la lumière

Les molécules chirales sont souvent (mais pas toujours) optiquement actives, c’est à dire qu’elles ont le pouvoir de faire tourner le plan de polarisation de la lumière :
- vers la droite, et on dit qu’elles sont dextrogyres
- vers la gauche, et on dit qu’elles sont lévogyres

Il n’existe pas de lien entre la forme (Type L ou D) et le pouvoir rotatoire (Lévogyre ou Dextrogyre) d’une molécule chirale :
- 19 des 20 acides aminés sont de type L, mais seulement 10 sont Lévogyres.
- Le D-Fructose est aussi appelé Lévulose, parce qu’il est Lévogyre
Wikipedia : Optical isomer

Hypothèses relatives à cette asymétrie de certaines classes de molécules du vivant

- L’acide aspartique (un des 20 acides aminés codés par l’ADN) peut être synthétisé à partir d’acide fumarique (non chiral) et d’ammoniaque. Quand cette synthèse est faite par les moyens classiques de la chimie, on obtient un mélange racémique, càd contenant à part égale les énantiomères de type L et D. Quand cette synthèse est réalisée avec une enzyme, l’aspartase, on obtient exclusivement le type L. [3].
Cette rupture de symétrie s’explique par la chiralité de l’enzyme et sa présence sous une seule de ses formes, et la formation d’un complexe intermédiaire stéréospécifique associant temporairement l’enzyme et le substrat.
Elle pourrait aussi (selon C. De Duve) s’expliquer par la chiralité de l’ARN.

Mais ces explications ne résolvent rien. Elles ne font que remonter d’un cran la recherche des causes. Pourquoi la réaction de synthèse de l’enzyme ou de l’ARN (et donc de l’ADN) ne produit-elle qu’une seule des 2 formes ?

- Cette asymétrie fondamentale du vivant pourrait résider dans un mécanisme chimique d’amplification agissant sur un déséquilibre initial faible. Ce déséquilibre initial pourrait refléter celui de la matière organique rencontrée dans les micrométéorites et météorites ayant ensemencé la Terre primitive, ainsi que le suggèrent des mesures récentes dans la météorite de Murchison Cronin97 Projet DREAM [4]

Cette explication ne résout rien non plus. Pourquoi ce déséquilibre initial de la matière organique ?

- La réponse pourrait venir de la physique : il a été récemment démontré que la force d’interaction faible viole la parité (symétrie), ce qui résulte en une différence (très faible) d’énergie entre les molécules de type L et D. En particulier les acides aminés de type L sont plus stables que ceux de type D, et l’ADN droit est plus stable que l’ADN gauche.
Cette légère différence aurait pu être amplifiée dans la soupe prébiotique.
http://ourworld.compuserve.com/home...

Regard critique sur l’hypothèse de Xavier Sallantin

- La normalisation des types L et D est purement arbitraire. Elle se fait en référence à l’aldéhyde glycérique, par analogie de structure, selon la règle dite CORN (Wikipedia : Optical isomer).
L’aldéhyde glycérique L est par convention sa forme Lévogyre (qui fait tourner le plan de polarisation de la lumière vers la Gauche).

La forme L d’un acide aminé est donc celle qui "ressemble le plus" à l’aldéhyde glycérique Lévogyre. In fine, c’est une référence au pouvoir rotatoire de la lumière, c’est à dire une propriété physique. Mais il n’en reste pas moins que 19 acides aminés sur les 20 ont la même configuration géométrique. Ce sont 19 gants de la même main. Mais la désignation L est purement arbitraire et résulte de la règle CORN.

- On ne peut pas parler pour les acides aminés de sens unique d’enroulement car les acides aminés sont des molécules simples qui ne sont pas enroulées (pour enrouler une ficelle, il faut que celle-ci soit assez longue)

- Il est donc exclu que la force de Coriolis ait une quelconque influence sur la conformation des acides aminés.
Si l’on veut envisager un lien avec une force, c’est vers la force d’interaction faible qu’il faut se tourner.

- Il est tout à fait légitime de parler d’enroulement pour les macromolécules hélicoïdales telles que protéines et ADN, et donc de sens d’enroulement.
Mais relier ce sens au sens de rotation de la terre demande à être justifié.

Pourquoi les coquilles d’escargot seraient des hélices droites (sauf 2/100 000 qui sont des hélices gauches ! [5]), et les plantes grimpantes à enroulement hélicoïdal généralement des hélices gauches (mais le chèvrefeuille est une hélice droite).

Pourquoi, si la force de Coriolis est invoquée, les sens d’enroulement ne seraient-ils pas différents dans l’hémisphère Nord et l’hémisphère Sud, comme pour les cyclones ?


[1Au nombre de 20, ces acides aminés sont des molécules relativement petites, briques élémentaires dans la synthèse des protéines qui, elles, sont des macromolécules

[2D amino acids are found in some proteins produced by exotic sea-dwelling organisms, such as cone-snails. They are also abundant components of the cell walls of bacteria : Wikipedia : Amino acid.

[3Cité par J. Monod, in Le hasard et la nécessité p 65 et 71

[4La sonde Rosetta qui se posera en 2014 sur la comète Churyumov-Gerasimenko emporte un analyseur d’acides aminés capable de séparer les formes L et D - Source S&V Oct 2004

[5Stéréochimie et chiralité en chimie organique, Claude Rabiller, Université de Nantes, 1999


Commentaires  forum ferme

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mardi 24 février 2004 à 19h41 - par  Michel G

Merci de cette réponse très claire.

A. BRACK (1999) écrit que certaines étoiles émettent de la lumière polarisée
qui détruit préférentiellement les molécules « droites » en laissant
intactes les molécules « gauches ». Ceci pourrait expliquer pourquoi 9 % des
molécules organiques de la météorite de Murchison sont « gauches ».

L’hypothèse "exobiologique" ou "astrobiologique" est intéresante, mais
les phénomènes seeraient-ils différents si la vie est apparue dans les
milieux marins envisagés par E. NISBET (2000) ?

Logo de eric L
mercredi 25 février 2004 à 18h37 - par  eric L

Voici un lien avec André Brack

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mercredi 2 février 2011 à 22h55 - par  J. Nicolas MAISONNIER

Je reproduit ici un article du N°400 de Pour la Science Février 2011

L’asymétrie du vivant viendrait de l’espace

Des chercheurs ont obtenu des proportions inégales de deux formes symétriques d’un acide aminé en soumettant à un rayonnement polarisé des particules analogues aux glaces interstellaires.
Philippe Ribeau-Gésippe

Certaines molécules, dites chirales (ou énantiomères), existent sous deux formes symétriques l’une de l’autre dans un miroir. Les molécules du vivant sont pour la plupart chirales, certaines formes étant privilégiées. Ainsi, les acides aminés n’existent que sous la forme gauche (lévogyre), tandis que les sucres sont présents uniquement sous la forme droite (dextrogyre). On parle d’homochiralité lorsqu’une seule forme est présente dans la nature. Pourquoi l’une des deux formes est-elle privilégiée dans le monde du vivant ?
Une équipe dirigée par Louis d’Hendecourt, de l’Institut d’astrophysique spatiale (Université Paris-Sud/CNRS), a réussi à obtenir un excès de molécules lévogyres dans une expérience reproduisant les conditions de l’espace interstellaire. De quoi appuyer l’origine cosmique de l’asymétrie des molécules du vivant.
Deux hypothèses s’affrontent en effet quant à l’origine de cette asymétrie. Selon la première, la vie serait apparue à partir d’un mélange contenant à part égales des formes gauches et des formes droites (mélange racémique) ; l’homochiralité serait ensuite apparue au fil de l’évolution. Dans la seconde, en revanche, l’asymétrie menant à l’homochiralité serait antérieure à l’apparition de la vie et originaire du milieu interstellaire. Cette hypothèse est étayée par la détection d’excès de certains acides aminés retrouvés dans des météorites primitives.
Pour vérifier cette hypothèse, les chercheurs ont tout d’abord préparé en laboratoire des échantillons analogues aux glaces interstellaires et cométaires, contenant des molécules non chirales. Ils ont ensuite soumis ces échantillons à un rayonnement ultraviolet polarisé circulairement produit par le synchrotron Soleil, installé près de Paris, dans le but de reproduire les conditions régnant dans certains milieux spatiaux. Ces glaces ont ensuite été réchauffées, produisant un résidu organique. L’analyse de ce mélange a révélé qu’il contenait un excès d’environ 1,3 pour cent de la forme gauche d’un acide aminé, l’alanine, excès comparable à celui mesuré dans les météorites primitives.
Cette synthèse d’un mélange non racémique de molécules chirales à partir de molécules non chirales conforte l’hypothèse de l’origine interstellaire de l’homochiralité. Un processus astrophysique asymétrique (le rayonnement polarisé d’étoiles massives, par exemple) a pu produire des molécules organiques chirales de façon non racémique dans la nébuleuse primordiale, molécules par la suite importées sur Terre par des comètes et des météorites.

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vendredi 26 juillet 2013 à 17h16 - par  TERIBAT

Je propose une expérience concernant l’hélicité privilégiée des escargots :
y-a-t’il des expériences menées dans des satellites artificiels loin de la Terre concernant la croissance des coquilles de ces mollusques ?
C’est une question ouverte.