Origine de la chiralité

[invite5abbed55]

Bonjour,
Comme certains le savent, la chiralité est en termes plus simple l'existance de molécules asymétriques. Ces molécules présentent alors 2 énantiomères, qui sont image l'une de l'autre dans un miroir sans pourtant être superposables.
Chaque énantiomère a des propriétés physiques identiques mais des propriétés chimiques très différentes.
Toute la vie est basée sur les propriétés chimiques des énantiomères. Par exemple, tous les recepteurs biologiques sont des énantiomères purs (ex: la sérotonine, la neuroquinine, etc...) et, l'ADN est une hélice alpha (dont l'enantiomère serait l'hélice béta, tournant en sens inverse).
Bref, voilà pour l'intro
Par contre à l'origine de la création de l'univers, les premièeres molécules créées étaient des molécules très simples (hydrogène, helium, puis eau, méthane etc...) ne présentant pas d'asymétrie. Puis dans le temps, des molécules plus complexes ont dû apparaitre dont ces fameuses molécules présentant des carbones asymétriques, tels que les acides aminés, par exemple. Mais alors ils devaient être présents tant sous forme d'un énantiomère que l'autre. Autrement dit sous forme racémique.
Qu'est ce qui, selon vous, a pu provoquer le fait que la vie ne s'est développée qu'avec un seul énantiomère ? Comment cet énantiomère a t il été "favorisé" ??
Si quelqu'un m'a suivie, j'aimerais bien entendre son avis, merci !!!
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[invite8915d466]

Le débat n'est pas clos. Il y a eu plusieurs propositions, dont (liste non exhaustive) :

* une très légère différence d'énergie entre formes droite et gauche, due à l'interaction faible (seule interaction à violer la parité, donc non symétrique par rapport à l'inversion droite<-> gauche). Mais la différence d'énergie parait très très faible.

* le hasard, une petite fluctuation qui se serait amplifiée, les molécules prébiotiques L ayant "gagné" contre les R par hasard.

* une proposition astrophysique récente : le système solaire primitif aurait pu se trouver baigné dans un champ UV polarisé circulairement à cause de la présence de nébuleuses proches asymétriques. Ce champ aurait pu détruire sélectivement plus une forme que l'autre des molécules prébiotiques de l'espace, qui aurait pu "ensemencer" la Terre sous une forme enrichie en l'une des formes. Un excès de forme L a effectivement été mesuré dans une météorite, la météorite de Murchinson

http://www.chiralitaet.de/mh(lu1.html

[inviteda517d83]

Bonjour Gillesh38,
débat interessant, mais pourait tu éclairer ma lanterne s'il te plait?

Comment définie tu cette "différence d'énergie entre formes droite et gauche"? De quelle type d'interaction parles tu?

Effectivement la lumière polarisée peu induire une chiralité dans certaines réactions, avec des ee faibles je crois mais suffisants pour un point de départ.
Mais qu'entend tu par "nébuleuses asymétriques" et si l'on admet qu'il y a cette asymétrie, alors on déplace le problème de la naissance de la chiralité, car comment est elle née au sein d'une nébuleuse?

De même que la "petite fluctuation" dont tu parles, doit elle même être proteuse de chiralité pour générer un déséquilibre si faible soit il, non?
Merci d'avance
Bruno

[yves25]

bonjour

Je peux faire une analogie me semble t il. La lumière émise par le soleil n'est pas polarisée, cependant la diffusion par les molécules de l'atmosphère est polarisante (diffusion dite de Rayleigh).

Serait ce suffisant en imaginant une atmosphère beaucoup plus épaisse comme l'atmosphère primitive. Ou encore, la traverseée de la nébuleuse par la lumière des étoiles proches a sans doute les mêmes propriétés.

La diffusion de Rayleigh a une dépendance spectrale forte (en lambda^(-4)) ce qui explique son importance dans les UV.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Skippy le Grand Gourou]

Comme certains le savent, la chiralité est en termes plus simple l'existance de molécules asymétriques.

La chiralité ne se limite pas au champ des molécules, mais également aux particules fondamentales. Ainsi, on n'a jamais vu de neutrinos de chiralité droite. Inversement, et plus macroscopiquement, les escargots sont en grande majorité dextres (chiralité droite).

Le type d'interaction dont parle gillesh38 est l'interaction faible (la quatrième avec l'interaction forte, l'interaction électromagnétique et la gravité). Elle possède la propriété de violer certaines symétries fondamentales telles que la parité (vous trouverez moultes infos à ce sujet sur le forum ).

Pour le reste, désolé...

[invite7ce6aa19]

Je pense (au moins dans un premier temps) que l'on peut dissocier le problème de la chiralité du monde moléculaire de l'absence du partenaire chiral du neutrino (interprété en terme de non respect de la symétrie miroir de l'interaction faible). je pense que le cadre général de la théorie de Landau permet d'expliquer beaucoup de choses en terme de brisures de symétries.



Pour les molécules "chimiques" le simple fait que les partenaires chiraux ont mêmes énergie totale il est logique que l'on obtiennent par synthèse autant de molécules gauches que de molécules droites. Par contre si la synthèse se fait dans un champ extérieur qui se couple énergétiquement aux molécules la symétrie est brisée et l'on va former une forme aux dépens de l'autre.
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Dans le monde de la matière biochimique, le problème est différent puisque les molécules sont fabriquées dans le contexte d'une cellule qui est un phénomène très loin de l'équilibre thermodynamique. Il s'agit d'un mécanisme de réplication à partir de l'ADN et des ARN (messagers). L'existence d'un partenaire dominant relève d'un héritage et confirme l'origine "unique" du mécanisme du vivant. La chiralité biochimique s'est donc développée au tout début du vivant et donc aussi ancien que les premiers ARN.

La chiralité des particules est un tout autre problème. D'une certaine façon il n'y a rien d'anormale puisque le théorie quantique des champs demande à respecter la symétrie CPT (charge, parité, renversement du temps) et non chaque symétrie séparée (de mème qu'une vis respecte le produit d'une translation par une rotation, mais pas la translation ou la rotation séparée).
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A partir du big bang on explique l'apparition des particules (donc des champs) comme une succession de transition de phases au fur et mesure que la température baisse. Dans ce contexe les particules sont des champs quantiques qui joue le role des grandeurs caractéristiques d' un cristal. dans ce contexte un champ peut acquérir à l'issue d'une transition de phase une orientation 'cad une chiralité définie.

En bref la théorie de Landau a la vertu de pouvoir expliquer les choses simplement. Ce qui manque ce sont les "détails", à savoir une meilleuire connaissance de l'origine des molécules prébiotiques pour le vivant et un éclaircissement du modèle standart U(1)*SU(2).SU(3) pour les particules élémentaires.

[invite5abbed55]

L'existence d'un partenaire dominant relève d'un héritage et confirme l'origine "unique" du mécanisme du vivant. La chiralité biochimique s'est donc développée au tout début du vivant et donc aussi ancien que les premiers ARN.

Oui, je suis bien d'accord, c'est en ça que l'on dit que la chiralité est à l'orignine de la vie.

La chiralité des particules est un tout autre problème.

Ben, à mon avis c'est lié.
La chiralité, quelle qu'elle soit est "apparue", à un moment ou un autre. Mais à partir du moment où elle a existé, elle est passé du microscopique au macroscopique.

A partir du big bang on explique l'apparition des particules (donc des champs) comme une succession de transition de phases au fur et mesure que la température baisse. Dans ce contexe les particules sont des champs quantiques qui joue le role des grandeurs caractéristiques d' un cristal. dans ce contexte un champ peut acquérir à l'issue d'une transition de phase une orientation 'cad une chiralité définie.

Donc, selon toi, l'origine de la chiralité serait due à changement d'état quantique des particules élémentaires ? créant une polarisation? c'est ça ? Mais quel champ aurait provoqué cela, selon toi ?

Ce qui manque ce sont les "détails", à savoir une meilleuire connaissance de l'origine des molécules prébiotiques

C'est justement là ma question, en d'autres termes...

[invite5abbed55]

La chiralité ne se limite pas au champ des molécules, mais également aux particules fondamentales. Ainsi, on n'a jamais vu de neutrinos de chiralité droite.

Oui, bien sur que la chiralité ne se limite pas aux molécules... c'était juste une introduction un peu grossière...
Par contre, le fait que l'on n'ai jamis vu de neutrinos de chiralité droite, ne veut pas dire qu'il n'en ait jamais existé, mais plutôt que ces neutrinos droits ont "dominé" les gauches... Mais de quel fait ? y'a t'il une raison physique ??? Telle est ma question

Inversement, et plus macroscopiquement, les escargots sont en grande majorité dextres (chiralité droite).

Eh oui, les fameux escargots... D'ailleurs quels autres êtres vivants, à part ceux qui ont une coquille en spirale, sont chiraux ? J'ai cherché mais je ne trouve pas. Des idées ???

En tout cas, merci à tous pour vos réponses

[Skippy le Grand Gourou]

Par contre, le fait que l'on n'ai jamis vu de neutrinos de chiralité droite, ne veut pas dire qu'il n'en ait jamais existé, mais plutôt que ces neutrinos droits ont "dominé" les gauches... Mais de quel fait ? y'a t'il une raison physique ???

On pense plutôt que ces neutrinos droits auraient peut-être des propriétés différentes, par exemple une masse très importante.

Eh oui, les fameux escargots... D'ailleurs quels autres êtres vivants, à part ceux qui ont une coquille en spirale, sont chiraux ? J'ai cherché mais je ne trouve pas. Des idées ???

Ben il me semble qu'il y a plus de droitiers que de gauchers, non ?

[invite88ef51f0]

Et je sais pas vous, mais moi j'ai qu'un seul coeur, et il est pas au milieu...

Rassurez-moi, vous aussi ?

[odysseus06]

Et je sais pas vous, mais moi j'ai qu'un seul coeur, et il est pas au milieu...

Rassurez-moi, vous aussi ?

Justement!
Si on se réfère à la définition de la chiralité, à savoir une symétrie par rapport à un plan, il y a beaucoup d'animaux dans ce cas y compris les humains.
Un cœur à gauche, un système digestif avec des trucs d’un côté et des trucs de l’autre suffisent à rendre l’image du miroir non superposable à l’original.
Pour aller encore un peu plus loin dans les bizarreries, on pourrait parler des poissons qui se couchent sur la gauche comme la limande et le flétan sur la droite comme le turbot et la plie.
PS Qu’on veuille bien me pardonner si les latéralisations citées, ne sont pas les bonnes, je n’y ai mis aucune idée politique.

[invite5d273677]

Justement!
Si on se réfère à la définition de la chiralité, à savoir une symétrie par rapport à un plan, il y a beaucoup d'animaux dans ce cas y compris les humains.
Un cœur à gauche, un système digestif avec des trucs d’un côté et des trucs de l’autre suffisent à rendre l’image du miroir non superposable à l’original.
Pour aller encore un peu plus loin dans les bizarreries, on pourrait parler des poissons qui se couchent sur la gauche comme la limande et le flétan sur la droite comme le turbot et la plie.
PS Qu’on veuille bien me pardonner si les latéralisations citées, ne sont pas les bonnes, je n’y ai mis aucune idée politique.

bonjour
et si l'on considérait le problème du point de vue des bifurcations?
au point de bifurcation un système est métastable: la moindre variation dans les conditions aux limites ou initiales le fait basculer dans un régime ou dans l'autre. Et dans tous les cas ce "basculement" privilégiera une minimisation d'une fonction "coût": l'énergie par exemple.

[Skippy le Grand Gourou]

PS Qu’on veuille bien me pardonner si les latéralisations citées, ne sont pas les bonnes, je n’y ai mis aucune idée politique.

Ah bon, tu ne voulais pas dire que les gauchistes étaient des limandes et que la droite met le turbo ?

Auto-modération : bon, ce message purement humoristique n'a rien de politique, ça passe pour cette fois...
non ?

[invite88ef51f0]

au point de bifurcation un système est métastable: la moindre variation dans les conditions aux limites ou initiales le fait basculer dans un régime ou dans l'autre.

Je pense que c'est l'idée la plus courante. Encore faut-il montrer que c'est bien le cas, et qu'une fluctuation suffit à imposer son côté à tout le monde.

[invite5abbed55]

Merci à tous pour vos réponses.

Quand je parlais de chiralité des êtres vivants, je cherchais plûtot à une asymétrie extérieure, comme celle des escargots. Il est vrai que la symétrie n'est pas totale, et ce, nulle part... Effectivement on n'a qu'un coeur et il n'est pas au centre (au passage: y'a t-il une raison biologique, selon vous ?). Et puis, effectivement il y a plus de droitier que de gauchers (ici encore, y'aurait-il une explication ?), pi on dit souvent, qu'on a un pied plus fort que l'autre, etc... Bref, ok, y'a pas de symétrie parfaite. Par contre, au niveau grossier, et purement physique extérieur "inanimé" (excluant les poissons qui penchent, ou les arbres qui poussent pas droit ), y'a t'il des êtres vivants extérieurement chiraux, à part les escargots (et toute la série des animaux à coquilles à spirale) ?

[invite5abbed55]

On pense plutôt que ces neutrinos droits auraient peut-être des propriétés différentes, par exemple une masse très importante.

et pour quelle raison auraient -ils été "favorisés" ?

[invite5abbed55]

bonjour
et si l'on considérait le problème du point de vue des bifurcations?
au point de bifurcation un système est métastable: la moindre variation dans les conditions aux limites ou initiales le fait basculer dans un régime ou dans l'autre. Et dans tous les cas ce "basculement" privilégiera une minimisation d'une fonction "coût": l'énergie par exemple.

Ouais, pour moi, tout vient d'un micro déséquilibre qui a fait "basculer" le monde. Par contre je ne comprends pas bien ce que tu entends par bifurcation; tu pourrais m'éclairer?

[invite04fcd5a3]

Eh oui, les fameux escargots... D'ailleurs quels autres êtres vivants, à part ceux qui ont une coquille en spirale, sont chiraux ? J'ai cherché mais je ne trouve pas. Des idées ???

En tout cas, merci à tous pour vos réponses

le dahou, est un autre exemple notoire...





je sens que je vais me faire taper sur les doigts par les modo, mais elle me démangeait trop celle-là...

[invite5abbed55]

Ouais bien vu

[invite333943ff]

Sans doute une référence à un modèle chaotique. Un exemple ici sur Wikipedia.

[invite5abbed55]

j'ai vu sur le forum une discussion similaire. J'ai trouvé le message 32, très intéressant... Ca conforte ce qui a été dit ici...
http://forums.futura-sciences.com/thread13463-2.html

[invite5d273677]

Ouais, pour moi, tout vient d'un micro déséquilibre qui a fait "basculer" le monde. Par contre je ne comprends pas bien ce que tu entends par bifurcation; tu pourrais m'éclairer?

bonsoir
excuses-moi de ne pas t'avoir répondu rapidement.
Pierre de Québec a pratiquement répondu en proposant le lien sur Wikipédia avec l'exemple du diagramme logistique. C'est une bonne introduction...

[invite5abbed55]

Merci Pierre et Frele Idee.
J'ai compris le principe (même si l'interprétation des fromules mathématiques est un peu enfouie dans mon cerveau ... )
Par contre, cette idée de perturbation infinitésimale me plait bien. Resta à savoir ce qui a pu la provoquer, car tout a une raison, non ?

[odysseus06]

Ah bon, tu ne voulais pas dire que les gauchistes étaient des limandes et que la droite met le turbo ?

Encore heureux que ni la morue ni le maquereau ne se couchent au sortir de l’état larvaire ! Imagine le scandale dans les officines.

Maintenant sérieusement.
Imaginons un humain par exemple, totalement inversé droite/gauche. Non seulement le coeur à droite mais les veines et les artères, le rôle des oreillettes et des ventricules adaptés à ce changement et tout le reste de la tuyauterie idem.
Y auraient-ils des avantages ou des inconvénients à cette forme comparée à la nôtre?

[invite5abbed55]

Y auraient-ils des avantages ou des inconvénients à cette forme comparée à la nôtre?

Eh oui, si nos images dans le mirroir étaient "vivantes" et que, nous, soyons les images qu'est ce que ça donnerait ???
Ben c'est bien là ma question: comment et pourquoi une asymétrie a pris le pas sur son image ?

Une question: A votre avis, serait-il possible de "crée" un être vivant (voire juste une cellule) qui soit l'énantiomère de celui (celle) existant aujourd'hui dans notre vivant ? Qu'est ce ça donnerait ???

Sinon, toujours pas d'idée, à part la famille des escargots et du dahu, pour les êtres vivants extérieurement asymétriques ?

[JPL]

Modération

Et si on revenait à la chiralité des molécules, ce qui est la question de départ ?

[invite5abbed55]

Désolée pour la dérive du sujet, mais ça reste intéressant et le sujet de départ n'est pas forcémént très loin, non ?...

[inviteb836950d]

Bonsoir
encore un peu de dérive...
Ça me rappelle un dîner à un congrès il y a quelque temps déjà.
Nous étions installés à des tables rondes, une douzaine de personnes par table je crois.
A coté de nos assiettes se trouvait une soucoupe avec un petit pain.
Cette soucoupe se trouvant à égale distance de deux assiettes, nous ne savions pas quel petit pain prendre : celui de droite ou celui de gauche ?
Jusqu’à ce que quelqu’un se décide et la brisure de symétrie s’est propagée à toute la table…

[invite333943ff]

Bah, si les petits pains remplacent les molécules... ça ira pour l'exemple.

[invite333943ff]

Plus sérieusement, je suis aller faire un tour sur www.fr.wikipedia.org sur le sujet de la chiralité. Aucune cause n'est avancée pour expliquer la préférence dans la nature pour un énantiomère sur les deux possibles.

Toutefois, des exemples judicieux y sont présentés pour tenter de montrer que la présence d'un seul énantiomère amène une économie et efficacité certaine.