Chapitre 1 Flashcards
Expérience de Miller-Urey
-1953
-Ils ont enfermé dans un ballon des gaz (méthane CH4, ammoniac NH3, hydrogène H2 et eau H2O) et soumis le mélange à des décharges électriques pendant sept jours.
Ils ont obtenu des molécules organiques, les briques du vivant, et notamment de l’urée (CON2H4), du formaldéhyde (H2CO), de l’acide cyanhydrique (HCN), des bases et des acides aminés (AA), certains composés étant présents à plus de 2 %.
Hypothèse d’Oparin et Haldane
les conditions sur Terre auraient favorisé les réactions chimiques susceptibles de faire apparaître des composés organiques à partir de composés inorganiques
–> “soupe primordiale”
Definition de la vie
« La vie est un système chimique auto-entretenu capable d’évolution darwinienne ».
Système chimique
Ensemble des espèces chimiques présentes dans un espace donné
Système chimique ouvert
Échange de matière et d’énergie avec le milieu extérieur
Acides aminés: structure et ce qu’ils vont former
-Un acide aminé est organisé autour d’un carbone central dit å:
- Les 4 groupes fonctionnels sont: un hydrogène (H), un groupe acide carboxyle (COOH), une fonction amine (NH2) et un groupe latéral variable (R)
-Leur polymérisation se fait par condensation–> protéines
Comment se fait la polymérisation des acides aminés?
Elle se fait par condensation (exclusion d’une molécule d’eau) entre la fonction carboxylique et la fonction amine d’un second acide aminé, cela forme une LIASON PEPTIDIQUE.
C’est une liaison faible, son inverse est l’hydrolyse.
Dans l’époque prébiotique, a-t-il été facile de produire des acides aminés?
Oui, grâce à la réaction de Strecker
Structure des sucres (oses)
- Sur un C: un groupe
Carbonyle (cétone ou
aldéhyde) =O - Sur chacun des autres C:
Un groupe hydroxyle -OH - Cyclisation possible
Formule brute d’une ose et polymérisation
(CH2O)n, sa polymérisation forme des polymère ou polysaccharides linéaires ou ramifiés.
EX: glycogène, amidon, cellulose, …
À l’époque prébiotique, comment se sont formés les sucres?
Grâce à la réaction de Formose, c’est une suite de réactions auto-catalytiques
Structure des bases azotées
1 ou deux cycles avec N
1 cycle : pyrimidine (C,T,U)
2 cycles: purine (G,A)
Formation de liaisons H
–>Appariement avec base complémentaire
–> se lient à des riboses pour former les nucléosides
Les nucléotides: structure
-Groupement phosphate
-Sucre (ose)–> Ribose ou Désoxyribose
-Base azotée
À quoi correspond la polymérisation des nucléotides?
A une condensation entre le groupe hydroxyle du C3’ d’un ribose et d’un groupement phosphate: liason phospho-ester
Comment sont orientés les acides nucléiques?
Possèdent extremité 5’ (avec groupement de phosphates) et une extremité 3’ (avec un hydroxyl -OH qui est libre)
Les acides gras
Chaine carbonée de longueur variable, acide carboxylique—> assemblage: liasions faibles (non covalentes)
Qu’est-ce que la chiralité ?
Lorsque une molécule peut se retrouver sous deux formes
- non superposables
- image l’une de l’autre dans un miroir
Qu’est-ce qu’un enantiomère?
Même formule brute
2 configurations possibles (L ou D)
Pour passer de l’une à l’autre, on doit
casser des liaisons
À partir de quel moment une molécule est-elle chirale?
Dès lors qu’une molécule possède au moins un C asymétrique, cette molécule est chirale
A fortiori, les nucléotides et donc les acides nucléiques sont chiraux, les protéines sont chirales.
Homochiralité du vivant
Dans les organismes vivants, une seule configuration existe:
Tous les sucres sont D, tous les acides aminés sont L
C’est ce qu’on appelle l’homochiralité du monde vivant.
Pourquoi le monde est-il homochiral?
(2 raisons)
-C’est une nécessité: reconnaissance des formes 3D, activité des formes 3D
-C’est une conséquence de la biosynthèse (Acides aminés L fabriqués à partir d’acides amines L, les enzymes ne produisent qu’un seul énantiomère)
Quand et comment s’est-elle mise en place?
-Séléction de l’homochiralité par les systèmes vivants.
-Excès éniantiomérique
-Les catalyseurs biochimiques (enzymes
et ribozymes) sont complexes et chiraux
et éniantosélectifs
Quelles sont les différentes hypothèse concernant le lieu d’apparition de la vie?
Dans l’atmosphère puis les océans primitifs (Haldane/Oparine, Urey/Miller)
* Dans des petites mares soumises à des cycles de dessèchements successifs (Darwin)
* Dans le fond des océans, près des dorsales océaniques (Wächtershäuser):
o Fumeurs noirs acides
o Cheminée blanches alcalines (Lost city)
Composition de l’atmosphère primitive
Atmosphère:
Réductrice
-H2O
-CH4 (Méthane)
-NH3 (Ammoniac)
-H2 (Dihydrogène)
Différence entre atmosphère réductrice et oxydante
Beaucoup de H et peu de O: atmosphère réductrice
Beaucoup de O et peu de H : atmosphère oxydante
A pression constante, à quoi correspond l’enthalpie?
À un transfert de chaleur entre le système et l’environnement
Comment calculer le nombre d’oxydation?
Definition du nombre d’oxydation
est le nombre de charges électriques élémentaires réelles ou fictives que porte un atome au sein d’une espèce chimique (molécule, radical ou ion).
Résumé: Le nombre d’oxydation correspond essentiellement au nombre d’électrons qu’il manque à l’atome.
Quel est le nombre d’oxydation des atomes neutres isolés
Il est nul
Quel est le nombre d’oxydation d’un atome qui gagne ou perd des électrons?
Si un atome donne (perd) un électron, on dit qu’il a un nombre d’oxydation égal à un (n.o. = +I) ; s’il en donne deux, n.o. = +II, etc. Réciproquement, si un atome accepte (reçoit) un électron, son nombre d’oxydation devient moins un (n.o. = –I) ; s’il en accepte deux, n.o. = −II, etc.
Quelle est la différence entre in controle thermodynamique et cinetique?
Le contrôle cinétique se dit des conditions de réaction qui favorisent surtout le produit formé le plus rapidement, alors que le contrôle thermodynamique se dit des conditions qui donnent surtout le produit le plus stable.
Quand est-ce qu’une réaction thermodynamiquement favorable?
Si une réaction a un ΔG° < 0, alors la réaction sera thermodynamiquement favorisée.
Lors d’une réaction redox, si le nombre d’oxydation d’un atome augmente, cet atome subit une_______
oxydation
Lors d’une réaction redox, si le nombre d’oxydation d’un atome diminue, cet atome subit une_______
réduction
Comment sont les valeurs d’enthalpie?
elles sont négatives et en (J/mol)
À quoi correspond H et Q dans la formule ΔH=Q?
Cette formule représente les échanges d’un système avec l’exterieur, où:
- H est l’enthalpie
-Q est l’énergie sous forme de chaleur
Si ΔH>0, alors l’enthalpie ___, c’est une réaction ___
Augmente, endothermique (la réaction absorbe de la chaleur)
Si ΔH<0, alors l’enthalpie ___, c’est une réaction ___
Diminue, exothermique (la réaction libère de la chaleur)
Quel est le signe des valeurs des énergies de liaison?
Négatives, la formation de liaisons covalentes est un processus exothermique.
Comment sont les variations d’enthalpies associées à la dissociation de liaison?
Elles sont positives, c’est un processus endothermique
Qu’est-ce qu’une espèce activée ?
Quel est l’intérêt de l’activation ?
Une espèce activée contient une modification qui entraine une augmentation de l’énergie libre de
Gibbs (interne), rend la molécule moins stable, et donc plus réactive
. Dans la composition de l’atmosphère proposée (“méthane’ et’ ammoniac”) que
manque pour former des acides aminés ?
Quelles* molécules* pourraient*
complétercetteatmosphèrepourpermettrelasynthèse d’acides*aminés?
(NH3amèneNetH,CH4amèneCetH)
Ilmanquedoncunesourced’O :ilfautdel’eauparexempleouCOou*CO2
Que reflete le pH?
Le potentiel hydrique réflète l’activité des protons dans la solution, les protons étant sous forme hydratés H3O+ (oxonium ou hydronium)
Un acide est une substance, capable de libérer un H+ (proton). C’est un____ de protons
Donneur
Une base est une substance capable de fixer un H+ (proton). C’est un____ de protons
Acepteur
Qu’est-ce qu’une réaction acido-basique?
C’est une réaction où des transferts de protons ont eu lieu, elle fait intervenir des couples acide-basique AH/A- ou BH+/B
À quoi correspond la forme acide et la forme basique?
La forme acide: protonée
La forme basique: déprotonée
Qu’est-ce que pKa?
Ka est la constante d’acidité, une constante d’équilibre.
produit des activités des produits
Ka= ————————————————
produit des activités des réactifs
pKa= - log (Ka)
Que permet la comparaison du pH du milieu aqueux et du pKa?
Savoir quelle espèce est prédominante.
Que se passe quand pKa=pH?
Cela signifie qu’il y a autant de AH que de A-
Les acides aminés comportent tous une fonction___ et une fonction___, elles sont ___ .
-Une fonction carboxylique
-Une fonction amine
Pour qu’une réaction chimique ait lieu, il faut :
-qu’elle soit possible, c’est une question de thermodynamique,
-quelle soit assez rapide, c’est une question de cinétique.
Pour que deux molécules réagissent ensemble, il faut les ____.
Il faut les activer, c’est à dire leur fournir une certaine quantité d’énergie.
Plus l’énergie à fournir est élevée, plus la probabilité que deux monomères se rencontrent (on parle de « chocs ») sans réagir, est grande. Autrement dit, plus la réaction est lente. Or l’énergie à fournir pour former un dimère embryon de protéine ou d’acide nucléique est grande.
Quelle est la famille du CH4?
Le méthane est un alcane.
Quelle est la famille du NH3?
L’ammoniac appartient au groupe générique des nitrures d’hydrogène
Definition de polymérisation
enchaînement de briques de même type qui vont former des grandes molécules.
Definition des assemblages supramocléculaires
les molécules s’associent sans former de liaisons covalentes, via des interactions intermoléculaires.
Qu’est-ce qu’un carbon asymétrique?
Un carbone asymétrique est un atome de carbone lié à quatre atomes ou groupes d’atomes différents. On le note C*.
Une molécule qui comporte un carbone asymétrique est chirale (puisqu’elle ne peut avoir de centre de symétrie).
Critique hypothèse Urey Miller
Ces réactions nécessitent de fortes concentrations, des domaines de température et de pH très étroits qui font que ces mécanismes sont très peu probables : une mare en voie d’assèchement pourrait peut-être expliquer les fortes concentrations.
En outre, la présence de dihydrogène dans l’atmosphère primitive est possible, mais seulement en concentration réduite (de l’ordre du 1/100 % soit ~100ppm ) car compte tenu de la masse de la Terre et de la force de gravitation qui en résulte, l’hydrogène gazeux est très mal retenu vis-à-vis du vent solaire.
Une des sources de dihydrogène primitive aurait pu être les gaz volcaniques rejetant du dihydrogène issu de la réaction de l’eau des roches avec des composés réducteurs, comme le fer des météorites incorporé aux roches du sous-sol. En effet, à plusieurs centaines de degrés, l’eau interstitielle des roches peut réagir avec le fer via la thermolyse, mais aussi par corrosion galvanique, donnant des oxydes de fer (se mêlant aux roches) et de l’hydrogène. Cet hydrogène produit peut aussi réagir avec des composés carbonés, comme le dioxyde de carbone, (ou bien aussi l’azote ?) pour donner des formes réductrices, comme le méthane (ou l’ammoniac) sous l’effet des arcs électriques.
Quels sont les avantages de la compartimentation?
Les avantages sont:
- isoler les molécules
- protéger des réactions parasites
-permet la concentration de molécules–> réactions sont plus faciles de se réaliser–> métabolisme
L’eau est un solvant__ et ____
polaire et protique
Liaison peptidique in vivo (possible): comment se fait-elle?
1) L’activation d’un acide aminé (AA) en (AA-AMP) lors de la traduction se fait par un couplage réactionnel
2) La molécule commune est l’AMP, la somme des énergie libres de Gibbs est inférieur à 0 (thermo favorisée)
La catalyse: elle permet d’___ 1 une réaction en ___ 2 l’énergie d’activation. Elle ne modifie pas la réaction. Elle ne change pas le sens thermodynamique, elle ne modifie pas ΔG0. Les substrats et les produits restent ____.3
- d’achever
2.diminuant
3.inchangés
Quels sont les trois types de catalyse?
Comment se faisaient ces catalyses à l’époque prébiotique?
Les trois types de catalysateurs sont:
1.homogène
2.hétérogène
3.enzymatique
À l’époque prébiotique les réactions pouvaient être catalysées grâce à des catalysateurs hétérogènes, tels que certaines roches.
Comment se fait le couplage reactionnel et que permet-il?
–> permet de réaliser une réaction thermo défavorisée en la couplant à une réaction favorisée, la réaction favorisée thermo libère l’énergie nécessaire pour réaliser la deuxième.
Deux conditions:
-molécule en commun (substrat de la deuxième et produit de la première)
-somme des ΔG0 soient <0.
Quels sont les deux types de molécules amphiphiles?
-Les detergents–> micelles
-Les lipides amphiphiles
Quelles sont les structures supramoléculaires permettant la compartimentation?
Les molécules qui s’auto-assemblent peuvent former des micelles ou des vésicules (liposomes), ceci ne nécessite pas d’apport d’énergie.
1) Micelles (petites):
- ont coeur hydrophobe
-formation impossible au-délà de CMC
-formées par detergeants
2) Liposomes (grandes):
-double couche amphiphile
-c’est une vésicule
-par des lipides amphiphiles
Quels sont les interêts de la transmission d’information?
Ils sont 5.
-maintient des caractéristiques du systèmes chez les descendants
-possibilité d’évolution par sélection
-stockage d’info
-capacité de réplication
-capacité d’évolution
Un ARN possédant une activité catalytique est un____.
Ribozyme
Synthèse des ribonucléotides et compléter la phrase:
Les aldoses et cétoses en C3 et C4 peuvent servir d’_____ 1 pour former des _____2 plus complexes comme le ribose.
On commence à 6 heures du matin, avec de l’ALDOSE en C4, Glycoaldéhyde et formaldéhyde à 9 heures, puis Aldose en C3 (presque midi), puis cetose en C3, formaldéhyde et cetose en C4.
- autocatalyseurs
- sucres
Quel est le processus d’émergence et réplication des premiers ARNs?
- Polymérisation au hasard
- Réplication à partir d’une matrice
3.Émergence de ribozymes
4.Réplication catalysée, autoreplication catalysée
Comment calculer le numéro d’oxydation d’un atome dans une molécule?
n.o= N électron valence – N électron attribués
Vous avez vu en TD une autre réaction permettant de fabriquer un acide aminé à partir du
pyruvate (CH3COCOOH). Quel endroit sur terre semblait propice pour cette réaction dans les
conditions primitives de la vie sur Terre?
Près des fumeurs noirs, car il y avait de l’ammoniac, un milieu acide et des réducteurs tels que la pyrite.
Quelles sont les deux écoles de pensée sur l’origine de la vie?
1)« metabolism first » qui s’intéresse plutôt au protométabolisme en tant qu’élément primordial à
l’origine de la vie
2)« genetic first » qui s’intéresse davantage à la transmission de l’information en tant qu’élément primordial à l’origine de la vie.
Une étude qui s’intéresse aux cycles métaboliques appartient donc plutôt à la première école, « metabolism first »
Quels arguments justifient qu’une molécule soit chirale? (3 possibles)
1.car le C alpha, et lui seul, est asymétrique
2.La molécule n’est pas
superposable à son image dans un miroir
3. Elle ne possède ni centre, ni plan de symétrie
Quel paramètre d’une réaction est modifié par un catalyseur ? Précisez son mode d’action.
C’est l’énergie d’activation
Un catalyseur agit en abaissant l’énergie d’activation et sans changer
l’équilibre ou thermodynamique de la réaction.
Qu’est-ce qu’un mélange racémique?
Un mélange en même proportion de deux énantiomères.
Quel rôle lui attribue t-on à l’argile?
On lui attribue le rôle de catalyseur, (de la polymérisation de
nucléotides)
Quels arguments et observations sont en faveur de l’apport
Les arguments et observations en faveur de l’apport de petites molécules organiques sur la
Terre primitive par les comètes et chondrites sont:
-la présence d’eau
- de méthane,
- d’ammoniac
-de HCN
- de méthanal
-de molécules organiques plus complexes (provenant
des glaces et poussières interstellaires)
Quels arguments défendent le monde à Arn?
Plan fonctionnel:
- ARN portent une information et peuvent présenter
des propriétés catalytiques.
Plan structural:
-ARN ont très certainement précédé les ADN d’un point de vue structural. –>le désoxyribose de l’ADN est un dérivé du ribose de l’ARN et non l’inverse.
–>la base T de l’ADN
est chimiquement dérivée de la base U dans l’ARN par le gain d’un groupement méthyle.
Quels arguments sont en defaveur du monde ARN?
Les ARN sont des molécules plus instables que les ADN (cf. taux de mutation virus à ARN plus élevé que organisme à ADN).
