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Vladimir Vernadsky, Louis Pasteur et la dissymétrie moléculaire

Vladimir Vernadsky, pour expliquer le mouvement de la matière vivante par rapport à la matière inerte, va s’appuyer sur la question de la symétrie et de l’asymétrie ; c’est Louis Pasteur qui joua un rôle historique essentiel en ce domaine.

A l’arrière-plan, on retrouve évidemment le reflet qui est le mode opératoire de la matière sur elle-même. C’est là la clef scientifique, du point de vue matérialiste dialectique, pour comprendre le mouvement de la matière.

Tout part d’un paradoxe, dont justement Louis Pasteur a le premier compris la teneur : deux structures moléculaires peuvent être les mêmes au sens des éléments présents, et pourtant différentes.

Louis Pasteur, avant 1895, par le photographe Paul Nadar.

Les choses se sont passées de la manière suivante. Tout part de différentes expériences au moyen de la lumière polarisée, qui est une lumière dirigée dans une seule direction, comme un trait lumineux, pour voir dans quelle mesure elle est déviée par certaines choses.

François Arago s’aperçut justement en 1811 que le cristal de quartz amenait une telle déviation. L’année suivante, c’est Jean-Baptiste Biot qui constatait la même chose concernant des substances organiques en solution (c’est-à-dire dissoutes, de manière liquide).

C’est alors que Louis Pasteur, né en 1822, intervint en 1848. Il est alors au tout début de sa carrière ; s’il est très connu pour ses activités en microbiologie, à la base c’est un chimiste. C’est dans le cadre de ses activités qu’il va trouver que la déviation ne procède pas de la nature sous forme de cristal ou de solution, mais bien de la molécule elle-même.

Il a compris cela en étudiant une forme d’acide tartrique, appelé acide paratartrique ou acide racémique. De manière apparemment surprenante, la lumière polarisée n’y était pas déviée. C’est Louis Joseph Gay-Lussac qui, en 1819, avait remarqué cela.

Louis Pasteur s’y intéressa et se procura ces cristaux venant d’un fût de fermentation de vin à Thann, en Alsace. Il y découvrit alors que les cristaux d’acide paratartrique avaient deux formes, l’une s’opposant à l’autre, comme si l’une était l’autre vue à travers un miroir.

C’est pour cela qu’il n’y avait pas de déviation : un cristal déviait vers la lumière polarisée dans un sens, l’autre cristal la déviait exactement et autant dans le sens inverse.

La conséquence est que s’il y avait déviation, c’est donc qu’on avait affaire à une seule de ces formes. Des molécules ayant la même composition existent ainsi avec une forme inverse ; on parle de forme lévogyre (pour le côté gauche) et de forme dextrogyre (pour le côté droit).

C’était le début d’une révolution conceptuelle, car au-delà de la déviation, les molécules n’agissent pas pareillement.

Si on prend le limonène, par exemple, cette molécule existe en deux variantes. L’une, le (R)-Limonène, a une certaine disposition, qui donne l’odeur de l’orange, l’autre, le (S)-Limonène, a une disposition différente, comme inverse à travers un miroir-plan, qui donne l’odeur du citron.

Représentation de Cram du (R)-Limonène et du (S)-Limonène. La liaison entre un atome dans le plan et un atome en avant est représentée par le triangle plein ; la liaison entre un atome dans le plan et un atome en arrière est représentée par le triangle hachuré.

Si on prend l’ibuprofène, la (R)-ibuprofène a un effet médicamenteux (antalgique et contre le rhume), la (S)-ibuprofène à la disposition inverse n’a pas d’effet connu.

Pour prendre d’autres exemples : dans le cas du carvone, la (R)-carvone implique une odeur de menthe verte, le (S)-carvone une odeur de cumin ; la (R)-asparagine implique un goût sucré, la (S)-asparagine implique le goût amer des asperges.

Dans une conférence faite à la Société chimique de Paris, le 22 décembre 1883, Louis Pasteur résume cette mise en perspective de la manière suivante :

« Considérez un objet quelconque, naturel ou artificiel, du règne minéral ou du règne organique, vivant ou mort, fait par la vie ou disposé par l’homme, un minéral, une plante, cette table, une chaise, le ciel, la terre, enfin un objet quelconque.

A n’envisager que la forme de tous ces objets, que leur aspect extérieur et la répétition de leurs parties semblables, s’ils en possèdent, vous trouverez que tous peuvent se partager en deux grandes catégories :

la première catégorie comprendra tous les objets qui ont un plan de symétrie,

la seconde catégorie comprendra tous ceux qui n’ont pas de plan de symétrie.

Avoir un plan de symétrie – il peut y en avoir plusieurs pour un même objet – c’est pouvoir être partagé par un plan de telle sorte que vous retrouviez à gauche ce qui est à droite (…).

Au contraire, il y a des corps qui n’ont pas de plan de symétrie. Coupez une main par un plan quelconque, jamais vous ne laisserez à droite ce qui sera à gauche.

Il en est de même d’un œil, d’une oreille, d’un escalier tournant, d’une hélice, d’une coquille spiralée. Tous ces objets et bien d’autres n’ont pas de plan de symétrie ; ils sont tels que, si vous les placez devant une glace, leur image ne leur est pas superposable. »

C’est le physicien britannique Kelvin (1804-1907) qui inventa un terme pour désigner cette caractéristique propre aux molécules de ne pas se confondre avec leur « miroir », mais d’en être l’inverse : la chiralité.

Il a ici puisé dans le mot grec Kheir, qui signifie main. Chaque main est en effet l’autre comme vu à travers un miroir. Si on déplace un cube ou bien une sphère, la forme reste inchangée, mais une main droite et une main gauche, peu importe comment on les déplace, maintiennent leur différence. L’une est l’autre comme vue au moyen d’un miroir.

Ce sont ces molécules qui sont impliqués dans le mouvement de la vie ; les systèmes biologiques sont constitués de molécules marqués par la chiralité.

vendredi 31 juillet 2020


Vladimir Vernadsky, la géochimie et la biosphère