Projet AAAS : Asymétrie des acides aminés
Les biopolymères fonctionnels, tels que les protéines et les acides nucléiques, sont des composants essentiels des organismes vivants, jouant des rôles clés dans divers processus biologiques.
Cependant, malgré notre compréhension de leur composition et de leur fonctionnement, certains aspects de leur structure moléculaire demeurent encore mal compris. En particulier, l'origine de l'asymétrie moléculaire suscite des questions en chimie et en biologie.
Cette asymétrie, qui se manifeste par une différence de structure entre la forme gauche et la forme droite des molécules, est au cœur de la photochimie asymétrique, un domaine d'étude visant à comprendre comment les molécules biologiques peuvent être formées de manière asymétrique.
Cette compréhension est cruciale car elle influence leur fonction et leur interaction dans les processus biologiques. Le projet AAAs propose de caractériser les propriétés chiroptiques et stéréochimiques des acides aminés et des aldéhydes chiraux pour la première fois en phase gazeuse.
Les propriétés chiroptiques se réfèrent à la manière dont les molécules réagissent à la lumière polarisée, tandis que les propriétés stéréochimiques concernent la disposition spatiale des atomes dans une molécule. L’intérêt d’être en phase gazeuse est que les molécules sont dispersées et n'interagissent pas de la même manière qu'en phase liquide ou solide. Dans cette phase, les interactions initiales entre les molécules et les photons de lumière se produisent. Cette étude permettra de mieux comprendre comment ces molécules réagissent dans des conditions similaires à celles présentes dans l'espace interstellaire, où les interactions avec les photons sont prédominantes.
Jusqu’à maintenant, les spectroscopies de dichroïsme circulaire (CD) et d'anisotropie n’ont jamais été réalisées sur les acides aminés en phase gazeuse. Ces techniques permettent d’étudier la manière dont les molécules interagissent avec la lumière polarisée. Le dichroïsme circulaire mesure la différence d'absorption de la lumière polarisée circulairement dans des directions différentes, tandis que l'anisotropie évalue la variation de l'intensité lumineuse en fonction de la direction d'observation. Ces techniques n'ont jamais été appliquées aux acides aminés en phase gazeuse, ce qui signifie que nous n'avons pas encore exploré comment ces molécules réagissent à la lumière dans cet environnement spécifique. Cette lacune dans la recherche limite notre compréhension des propriétés optiques et structurales des acides aminés dans des conditions similaires à celles de l'espace interstellaire, où la phase gazeuse prédomine.
Une cellule à gaz spécifique a été construite permettant à la fois la mesure des données de dichroïsme circulaire et anisotropique, et les réactions asymétriques photochimiques. La cellule de gaz, opérant de l'Ultraviolet sous vide jusqu’au Visible, a une longueur de trajet optique 500 mm. La pression dans la cellule sera contrôlée et la cellule pourra être chauffée jusqu'à 200 °C pour permettre une densité de colonne d'acides aminés en phase gazeuse suffisante.
Nous avons enregistré les spectres CD et d'anisotropie pour les paires énantiomères de 7 acides aminés en phase gazeuse, notamment l'alanine, l'acide 2-aminobutyrique, la proline, la valine, la norvaline, l'isovaline et la leucine dans les régions du vide-ultraviolet et des UV lointains.
La lumière stellaire polarisée circulairement, qui est polychromatique, présente une émission UV dominante correspondant à la plage de longueurs d'onde des extrema d'anisotropie des acides aminés étudiés ici. Étant donné que la lumière stellaire polarisée circulairement induirait un excès énantiomérique net de même sensibilité dans presque tous les acides aminés, de telles réactions photochimiques asymétriques en phase gazeuse auraient pu à l’origine contribuer à l’évolution vers une sélection énantiomérique des acides aminés L de la vie.
Les spectres chiroptiques et d'absorption en phase gazeuse découverts ici sont en outre cruciaux pour déclencher l'identification par spectroscopie UV des molécules chirales dans l'espace interstellaire et circumstellaire, y compris la détermination de leur excès énantiomérique.
De plus, nous simulons la photochimie à basse température et basse pression de la formation interstellaire de molécules organiques. Les acides aminés sont photo-chimiquement formés à partir de réactifs C1 et N1 tels que le méthanol, l'ammoniac et l'eau, constituant un modèle de glaces interstellaires. Les résultats obtenus sur l’origine des acides aminés et des sucres de ribose en tant que briques constitutives de la vie sur Terre, seront employés dans l’interprétation des données des deux grandes missions spatiales, à savoir la mission cométaire Rosetta-Philae qui perdure encore, ainsi que la mission ExoMars, programmée pour 2028. En conjuguant les données de laboratoire avec celles de l’espace (cométaires et Mars), le projet AAAs vise à impulser en une avancée significative dans la compréhension de l’origine de l’homochiralité biomoléculaire sur la Terre primitive.
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