Une nouvelle piste pour l'origine de l'homochiralité...
La photochimie énantiosélective, à l'origine de l'homochiralité de la vie ?


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Deux chercheurs du Laboratoire des champs magnétiques intenses de Grenoble (CNRS-Institut Max Planck de Stuttgart) viennent de démontrer expérimentalement qu'un champ magnétique couplé à un flux de lumière non polarisée est capable de provoquer la formation en excès d'un des deux énantiomères1 présents dans une solution racémique2. Cette découverte pourrait bien relancer le débat sur l'origine de l'homochiralité de la vie.

Deux formes de molécules symétriques, les énantiomères dextrogyres (D) et lévogyres (L), sont présentes dans la nature. Pourtant, les formes vivantes n'en utilisent qu'une seule : tous les acides aminés formant les protéines sont lévogyres et tous les sucres de l'ADN sont dextrogyres. Ce phénomène, baptisé homochiralité (du grec kheir qui signifie main), intrigue les scientifiques depuis de nombreuses années. Quelle peut bien être son origine ? Aucune des hypothèses avancées jusqu'à présent ne satisfait pleinement la communauté scientifique.

L'hypothèse d'une origine magnétique de l'homochiralité ne date pas d'hier. L'anisotropie magnétochirale, c'est-à-dire la différence d'absorption de la lumière non polarisée entre les deux énantiomères lorsque le rayon lumineux est couplé à un champ magnétique parallèle,a été prédite indépendamment plusieurs fois depuis les années 1960. Dès 1983, la possibilité que ce phénomène soit responsable de la chiralité dans l'évolution moléculaire a été évoquée.En 1997, les deux chercheurs du Laboratoire des champs magnétiques intenses de Grenoble ont obtenu une preuve expérimentale du dichroïsme magnétochiral3. Et cette année, ils démontrent enfin sa capacité de sélection des énantiomères. Pour parvenir à ce résultat, les chercheurs ont utilisé une molécule instable, le complexe tris-oxalato chrome (III), qui se dissocie et se réassocie spontanément en solution. À l'équilibre, les concentrations d'énantiomères D et L sont donc identiques : la solution est dite racémique. Or, la lumière a la particularité d'amplifier ces dissociations. En soumettant le complexe à un flux de lumière non polarisée et à un champ magnétique parallèle au rayonnement lumineux, les deux scientifiques ont réussi à obtenir et à maintenir un excès d'une des deux formes du complexe. En revanche, cet excès n'apparaît pas lorsque le champ magnétique est perpendiculaire au rayon lumineux.

Cependant, la question de l'origine de l'homochiralité reste en suspens. Ces résultats suggèrent simplement que l'anisotropie magnétochirale mérite d'être prise en considération dans la discussion. Les principales hypothèses débattues jusqu'à présent étaient au nombre de deux : l'interaction électrofaible et le dichroïsme circulaire naturel. La première, comme son nom l'indique, aurait un effet extrêmement faible, qui nécessiterait un mécanisme d'amplification encore inconnu à ce jour. La seconde hypothèse semble assise sur des bases plus solides. On sait depuis longtemps que la lumière polarisée circulairement provoque, elle aussi, un excès d'un des deux énantiomères. Or, récemment, une forte polarisation circulaire de la lumière infrarouge a été découverte dans la nébuleuse d'Orion. Par ailleurs, la météorite de Murchison4 présente un surplus d'acides aminés lévogyres. L'homochiralité de la vie pourrait donc être née dans l'espace. Une ombre au tableau persiste : l'infrarouge n'est pas photochimiquement actif. Seule une polarisation circulaire de longueurs d'onde plus courtes, comme l'ultraviolet, pourrait avoir entraîné ce phénomène ; une observation qui n'a pas encore été faite.

En revanche, les conditions nécessaires à l'anisotropie magnétochirale, un flux de lumière non polarisée et un champ magnétique parallèle, sont fréquentes dans l'Univers. Reste à savoir si ces champs magnétiques, qui vont d'un dixième de millième de Tesla pour la Terre à près de cent millions de Tesla pour une étoile à neutron, sont capables de créer un excédent d'un énantiomère suffisant pour amorcer l'homochiralité biologique.

Référence :

  • G. L. J. A. Rikken and E. Raupach. Enantioselective magnetochiral photochemistry. Nature, Vol. 405, 22 juin 2000, pp. 932-935.

    Autre référence :

  • G. L. J. A. Rikken and E. Raupach. Observation of magnetochiral dichroism. Nature, vol. 390, pp. 493 (1997).


    1 La chiralité est une caractéristique de certains objets, comme la main, qui peuvent exister sous deux formes semblables mais non superposables : ainsi une main droite et une main gauche, images l'une de l'autre dans un miroir. Les deux mains sont donc énantiomères. Une synthèse énantiosélective permet de préparer sélectivement un énantiomère par rapport à l'autre.(Voir CNRS-Info n° 378, oct.-nov. 1999 et CNRS Info n° 383, avril 2000.

    2 Une solution est racémique quand elle comporte, à l'équilibre, des concentrations identiques d'énantiomères D et L.

    3 Il s'agit d'une différence entre l'absorption et la réfraction des deux énantiomères quine dépend pas de la polarisation de la lumière, mais de l'orientation relative de la lumière et du champ magnétique.

    4 Voir CNRS-Info n° 378, oct.-nov. 1999 (voir encadré).

     

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