Emergence de biopolymères de complexite contrôlée dans les scénarios d'origine de la vie

Emergence of biopolymers with controlled complexity in an origins of life scenario

• Auteur / Autrice : Lise Bedoin
• Direction : Jean-François Lambert, Sandra Alves
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 29/09/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de réactivité de surface (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Maguy Jaber
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arul Marie
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Aubriet, Grégoire Danger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie de masse

Catalyse hétérogène

Réactivité de surface

Oligopeptides

Polymérisation

Biopolymères

Mots clés libres

Spectrométrie de masse

Sélectivité

Polymérisation

Chimie prébiotique

Oligopeptides

Surface minérale

Prebiotic chemistry

Mineral surfaces

Mass spectrometry

Résumé

La matière vivante se caractérise par la présence de biopolymères non aléatoires dont la fonction biologique dépend de la séquence en monomères. Pour comprendre les origines de la vie, il est essentiel d’expliquer l’émergence de polymères non aléatoires dans un monde où les cellules vivantes n’existaient pas. Dans ce travail, des approches analytiques basées essentiellement sur la spectrométrie de masse à ultra haute résolution ont été appliquées à l’analyse globale des produits de réaction issus de l’activation thermique de mélanges d’acides aminés sur surface minérale (silice), dans des conditions compatibles avec un scénario prébiotique. La formation d’oligopeptides relativement longs, avec des stœchiométries non aléatoires, a été montrée. Il apparaît notamment que la formation d’hétéropeptides est privilégiée. Une étude structurale des oligopeptides formés a été menée par spectrométrie de masse en tandem, éventuellement couplée à la chromatographie liquide ou à la mobilité ionique. Elle a permis de mettre en évidence des sélectivités de séquence. En outre, la formation de régioisomères a été démontrée, ce qui signifie que dans nos conditions de polymérisation le scénario ne manifeste pas de régiosélectivité pour les liaisons α prédominantes dans les protéines. Enfin, aucune énantiosélectivité significative n’a été mise en évidence. Par ailleurs, une étude mécanistique de la réaction de condensation a été menée. L’apparition successive d’oligopeptides de plus en plus longs a été observée pour des températures ou des temps de réaction croissants, suggérant des processus de polymérisation par étapes.

Living matter is characterized by the presence of non-random biopolymers whose biological function depends on the monomer sequence. Thus, a major challenge for the elucidation of the Origins of Life lies in understanding how non-random polypeptides were formed and selected among all of the possible ones. In this work, analytical approaches based essentially on ultra-high resolution mass spectrometry were applied to the global analysis of desorption mixtures resulting from the thermal activation of amino acids on a mineral surface, under conditions compatible with a prebiotic scenario. The formation of relatively long oligopeptides, with non-random stoichiometries has been shown. It appears that the formation of hetero-peptides is favored. A structural study of the oligopeptides formed was also carried out by tandem mass spectrometry, optionally coupled with liquid chromatography or ion mobility. It made it possible to demonstrate sequence selectivity. Furthermore, the formation of regio-isomers has been demonstrated, confirming that under our polymerization conditions the scenario does not manifest regioselectivity for the predominant α bonds in proteins. Finally, no significant enantioselectivity was demonstrated. In addition, a mechanistic study of the condensation reaction was carried out. The successive appearance of oligopeptides of increased length has been observed over ranges of temperatures or reaction times, suggesting stepwise polymerization processes.