Recherche:Evolution par morceaux de la continuité évolutive

Evolution par morceaux de la continuité évolutive

Laboratoire d'études prébiotiques

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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 "2^e 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

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.
Chélation des mono-ADN puis ligation ---> évolution en oligo-ADN
Appariement des mono-ARNs aux oligo-ADN puis ligation ---> évolution en oligo-ARN
Duplication des oligo-ADNs par ligation aux extrémités puis modifications et réparation ---> évolution par croissance comme les cristaux ( stockage de l'information ).
Chélation des oligo-ARNs par les protéines ---> évolution en tRNA syntases et modifications post-transcriptionnelles.
Appariement des mono-ADNs aux oligo-ADNs puis ligation ---> évolution en ADN double brin.
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.
Ouverture de l'ADN double brin par les prémisses des protéines de réplication ---> évolution vers la réplication.
Ouverture de l'ADN double brin par les facteurs de transcription ---> évolution vers la transcription et interaction avec le liposome et l'environnement.
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. À 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.