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expérience de Miller-Urey
expérience Scheme

L 'expérience de Miller-Urey est la première démonstration que, dans les bonnes conditions environnementales, molécules organique Vous pouvez former spontanément des substances inorganique plus simple.

L'expérience a été menée en la cinquantaine de Stanley Miller et son maître, le prix Nobel Harold Urey, pour prouver la théorie de Oparin et Haldane qui spéculé que les conditions de terre primordiale ont favorisé réactions chimiques conducteurs à la formation de composés organiques à partir de composants inorganiques.

l'expérience

expérience de Miller-Urey
Stanley Miller

Pour réaliser cette expérience Miller recréée certaines conditions environnementales que l'on croyait être présent dans terre primordiale. Il partit de l'hypothèse que, dans cette atmosphère était pas là oxygène Gratuit, mais plutôt abonder hydrogène, l'élément le plus abondant dans l'univers, et d'autres gaz tels méthane (CH4) et ammoniaque (NH3), Ainsi que eau (H2O). Grâce à ces conditions et en présence d'une source d'énergie, telle que la foudre ou le rayonnement solaire, on pourrait donner lieu à des molécules plus complexes.

Pour l'expérience de Miller et son utilisation faite professeur des gaz énumérés précédemment contenu dans un système stérile composé de deux sphères l'une d'elles contenant de l'eau à l'état liquide et les deux autres électrodes, reliés entre eux par un système de tuyau fermé. L'eau a été chauffée pour induire la formation de vapeur d'eau tandis que les deux électrodes ont été utilisées pour fournir des décharges électriques qui simulent l'éclair en présence du mélange gazeux. Tout a été ensuite refroidi pour que l'eau se condense et retomber dans la première sphère pour répéter le cycle.

Après environ une semaine sans interruption, dans lequel les conditions ont été maintenues constantes, Miller a observé qu'environ 15% du carbone était parti pour former des composés organiques, y compris des acides aminés et d'autres constituants biologiques potentiels, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.

résultats

Chaque micro 59000moles (Micromoles = 1 / 1.000.000 mole) de CH4 transformés ont été obtenus:[1]

produit formule  production 
(N ° de micromoles)
atomes
de C
 atomes C 
en mmol
l'acide formique  
2330
1
2330
glycine *  
630
2
1260
l'acide glycolique  
560
2
1120
alanine *  
340
3
1020
acide lactique  
310
3
930
ß-alanine  
150
3
450
l'acide acétique  
150
2
300
l'acide propionique  
130
3
390
l'acide iminodiacétique  
55
4
220
acide diaminoacetico  
50
3
150
l'acide a-aminon-butyrique  
50
4
200
l'acide alpha-hydroxyn-butyrique  
50
4
200
l'acide succinique  
40
4
160
urée  
20
1
20
N-méthylurée  
15
2
30
N-Metilalanina  
10
4
40
l'acide glutamique *   
6
5
30
acide aspartique *  
4
4
16
α-aminoisobutirrico acide  
1
4
4
 
Tot. 4916
 
Tot. 8944
( * = Les acides aminés protéinogénique)

Forti de ces considérations, Miller et Urey a joué une expérience qui a montré que les décharges électriques, simulant la foudre, en présence d'eau et d'un mélange de gaz, y compris méthane et ammoniaque Ils ont conduit à la formation de différents molécules y compris certains organique les acides aminés.

De plus, alors que l'expérience de Miller a été fait dans une semaine, sur Terre au début les réactions qui pourraient se poursuivre pendant des millions d'années, ce qui rend possible la poursuite du développement de substances formées.

Dans une récente étude publiée PNAS est une analyse précise a été effectuée au moyen de techniques modernes sur les échantillons stockés par Miller en 1958, montrant la présence d'un plus grand nombre de composés organiques par rapport à l'analyse initiale[2]. D'autres études effectuées sur les flacons stockés par Miller ont montré des résultats similaires[3][4].

réactions chimiques ont émis l'hypothèse

retraits à effectuer au cours de l'expérience, Miller et Urey ont observé que la concentration en ammoniac diminue progressivement, tandis que les concentrations de le cyanure d'hydrogène et cyanogène Ils ont augmenté de façon constante, ainsi que pour aldéhydes. Les acides aminés sont apparus plus tard, au détriment de cyanure d'hydrogène et des aldéhydes. Ceci suggère que les acides aminés sont formés commencent à partir d'aldéhydes et d'acide cyanhydrique par l'acide avec un mécanisme bien connu dans chimie organique qui tire son nom Synthèse de Strecker[5].

limites

En fait, les conditions utilisées par les deux chercheurs ne se reproduisent exactement ceux atmosphère primordiale, mais il était encore assez pour rendre la possibilité plausible que la vie Il avait développé leur propre départ à partir des éléments déjà présents dans la planète.

La synthèse des acides aminés dans le laboratoire conduit à la formation d'un nombre égal d'énantiomères lévogyre et dextrogyre. Ce type de distribution racémique Il n'est pas caractéristique des formes de vie que nous les connaissons aujourd'hui. En fait, toutes les formes actuelles de la vie ne dépendent que des acides aminés gauchers. Cependant, la production de mélanges racémiques dans le laboratoire ne fait pas obstacle à la formation de structures prébiotiques largement lévogyre dans le milieu naturel[6] tel qu'il ne soit pas exclue l'action sélective de substrats inorganiques tels que des rochers[7] la formation d'un énantiomère unique[8].

L'intérêt des scientifiques autour de l'origine abiotique de la vie a évolué d'une manière complémentaire de la Terre à l'espace profond. Ils sont en effet de nombreuses observations accumulaient de la présence de molécules organiques complexes dans les poudres et dans les nuages ​​interstellaires[9][10][11][12].

des expériences similaires

L'expérience de Miller et Urey a inspiré d'autres tentatives intéressantes pour la reproduction abiotique des molécules organiques d'intérêt biologique.

en 1961, Joan Oró Il a réalisé une synthèse de la base nucléotidique adénine de le cyanure d'hydrogène et ammoniaque aqueux.[13]. Dans les mêmes conditions, ils sont également formés plusieurs acides aminés[14].

les perspectives d'avenir

Robert Hazen, géologue George Mason University, a déclaré:

« [...] Au cours d'une période d'environ 10.000 ans, une version moderne de l'expérience Urey et Miller pourraient effectivement produire une molécule d'auto-réplication rudimentaire, capable d'évoluer par la sélection naturelle: en bref, la vie. [...] L'explication la plus plausible est que les molécules d'auto-réplication sont formées sur la première surface des roches. Les surfaces humides de la Terre primordiale aurait constitué un grand laboratoire naturel, la réalisation à tout moment quelque chose comme 1030 de petites expériences qui ont duré pendant une période de peut-être 100000000-500000000 d'années. Une expérience de laboratoire qui dure depuis 10.000 ans peut alors à tâtons pour recréer cette situation en effectuant un grand nombre de petites expériences en même temps. De l'extérieur, ces incubateurs moléculaires apparaissent comme des salles pleines d'ordinateurs, mais en eux il y aurait des laboratoires de chimie on-chip, contenant des centaines de trous microscopiques, chacune avec des combinaisons différentes de composés qui réagissent sur une variété de surfaces minérales. [...] Il serait possible de réduire le temps qu'il faut des millions à des milliers d'années de mise au point des expériences sur des composés qui sont plus susceptibles de se comporter d'une manière intéressante. Avec un peu de chance, à la fin, nous aurions suffisamment appris des choses sur la façon dont fonctionne la nature afin de réduire encore cette fois à quelques dizaines d'années[15]. »

notes

  1. ^ Richard E. Dickerson: Chemische Evolution und der Ursprung des Lebens, en Spektrum der Wissenschaft, 1979, vol 9, p 193
  2. ^ (FR) E. T. Parker, H. J. Cleaves, J. P. Dworkin, D. P. Glavin, M. Callahan, A. Aubrey, synthèse Primordial d'aminés et d'acides aminés dans un Miller 1958 H2S riche expérience de décharge d'étincelles, en Actes de l'Académie nationale des sciences, vol. 108, nº 14, 2011, pp. 5526-5531, DOI:10.1073 / pnas.1019191108.
  3. ^ AP Johnson, HJ Cleaves, Dworkin JP, DP Glavin, Lazcano A, Bada JL, L'expérience de décharge d'étincelles Miller volcanique, en science, vol. 322, nº 5900, Octobre 2008, p. 404, bibcode:2008Sci ... 322..404J, DOI:10.1126 / science.1161527, PMID 18927386.
  4. ^ « Lost » Miller-Urey expérience a créé plus de blocs de construction de la vie, Science Daily, le 17 Octobre 2008. Récupéré 18 Octobre, 2008.
  5. ^ Dicherson Richard E. L'évolution chimique et l'origine de la vie en Lectures de Scientific American, Les débuts de la vie. De macromolécules aux premières cellules. par Alessandro Minelli, Milan 1984
  6. ^ Shosuke Kojo, Hiromi Uchino, Mayu Yoshimura et Kyoko Tanaka, Racémique D, L-asparagine provoque un excès énantiomérique d'autres D racémique coexistant, les acides L-aminés au cours de la recristallisation: une hypothèse représentant l'origine des acides L-aminés dans la biosphère, en Communications chimiques, nº 19, Octobre 2004, p. 2146-2147, DOI:10.1039 / b409941a, PMID 15467844.
  7. ^ La vie des roches, R. M. Hazen les sciences, n. 392, Avril 2001
  8. ^ Les progrès réalisés dans la géochimie des acides aminés, Revue annuelle de la Terre et des sciences planétaires, Vol. 3: 183-212
  9. ^ G. Winnewisser, E. Herbst Les molécules organiques dans l'espace (1987), Sujets en chimie actuelle, p. 119-172, vol. 139, Springer-Verlag
  10. ^ Deux molécules organiques très complexes Détecté dans l'espace (2009), Science Daily
  11. ^ Life In Deep Space? Molécules organiques trouvés dans la nébuleuse d'Orion (2010), Science 2.0
  12. ^ Sucre Trouvé dans l'espace: un signe de vie? (2012), National Geographic
  13. ^ Oró J, Kimball AP, Synthèse des purines sous conditions possibles de la terre primitive. I. adénine à partir de cyanure d'hydrogène, en Archives de biochimie et de biophysique, vol. 94, Août 1961, p. 217-27, DOI:10.1016 / 0003-9861 (61) 90033-9, PMID 13731263.
  14. ^ Oró J, Kamat SS, la synthèse d'amino-acide à partir de cyanure d'hydrogène dans des conditions terrestres primitives éventuelles, en nature, vol. 190, nº 4774, Avril 1961, p. 442-3, bibcode:1961Natur.190..442O, DOI:10.1038 / 190442a0, PMID 13731262.
  15. ^ les sciences n. 531, Novembre 2012, p. 70

bibliographie

  • S. L. Miller, Production d'acides aminés Sous possibles primitifs Conditions Terre (PDF), Dans science, 117 (3046), 1953, pp. 528-529, DOI:10.1126 / science.117.3046.528.
  • S. L. Miller, La production de certains composés organiques Sous possibles primitifs Conditions Terre, en J. Am. Chem. Soc., 77 (9), 1955, pp. 2351-2361.
  • S. L. Miller, Le mécanisme de la synthèse des acides aminés par Electric Décharges, en Biochimica et Biophysica Acta, vol. 23, 1957, p. 480.
  • S. L. Miller et Urey H. C, Synthèse du composé organique sur la Terre primitive, en science, vol. 130, 1959, p. 245.
  • J. Oro, Synthèse des composés organiques par Electric Décharges, en nature, vol. 197, 1963, pp. 862-867.
  • Anneau D., Y. Wolman, Friedmann N. et S. L. Miller, Prébiotique Synthèse des Hydrophobe Acides aminés et protéines, en Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 69 (3), 1972, pp. 765-768.

Articles connexes

  • Origine de la vie

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