Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales


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Séminaire du jeudi - De la physique quantique computationnelle aux origines de la vie

Jeudi 24 mars 2022, 11h00

par A. Marco Saitta,
professeur à l’IMPMC - Sorbonne Université, CNRS, MNHN, Paris

¡¡¡¡ Séminaire reporté à une date ultérieure !!!!

 

Les approches computationnelles constituent aujourd’hui une branche à part entière de la chimie, à la fois pour leur précision quantique ("ab initio") et pour leur étendue multi-échelle.

En chimie prébiotique, cependant, en raison de la complexité intrinsèque des problèmes chimiques, les simulations atomistiques ab initio ont eu jusqu’à présent un impact limité, à l’exception de quelques études pertinentes [1], notamment l’élucidation des interactions chimiques entre les biomolécules et les surfaces, telles que la glace et les minéraux, ou la simulation de l’effet des ondes de choc pression/température induites par les impacts de météorites sur la Terre primitive.

De manière surprenante, même les célèbres expériences de Miller, qui ont historiquement rapporté la formation spontanée d’acides aminés à partir d’un mélange de molécules simples réagissant sous l’effet d’une décharge électrique, n’avaient jamais été étudiées au niveau atomique quantique.

Nous posons ici le problème général des calculs ab initio en chimie prébiotique en définissant les réseaux chimiques dans le cadre d’une nouvelle définition des coordonnées de réaction basée sur la topologie [1]. Nous présentons ainsi les premières simulations ab initio par ordinateur, basées sur la physique quantique et une approche entièrement atomistique, de la célèbre expérience de Miller en phase condensée.

Notre étude [2] montre que la glycine se forme spontanément à partir de mélanges de molécules simples dès qu’un champ électrique est activé. Nous identifions l’acide formique et le formamide [3] comme des produits intermédiaires clés des premières étapes des réactions de Miller, et le creuset de la formation de molécules biologiques complexes, comme le confirme notre récente étude expérimentale et théorique sur la chimie à haute énergie du formamide [4].

D’un point de vue chimique plus large, nous montrons que le formamide joue le rôle de plaque tournante d’un réseau réactionnel complexe, tant en phase gazeuse qu’en phase condensée [5]. Nous passons maintenant à une plus grande échelle, en étudiant les mécanismes atomistiques de la synthèse des nucléotides de l’ARN [6], des acides aminés [7,8] et des sucres [9] dans des environnements de solutions prébiotiques entièrement réalistes.

ous ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles approches computationnelles dans la recherche des origines chimiques de la vie [1], où nous intégrons de nouvelles approches basées sur l’apprentissage automatique [10].

Références :

[1] Physics of Life : Reviews (2020). [2] PNAS (2014). [3] PNAS (2015a). [4] PNAS (2017). [5] PNAS (2015b). [6] J. Phys. Chem. Lett. (2018). [7] ACS Earth Space Chem (2018). [8] J. Phys. Chem. Lett (2021). [9] Chem Comm (2018). [10] manuscript in preparation