Cela peut sembler contradictoire pour beaucoup, mais les ions métalliques jouent un rôle crucial dans la vie, réalisant certains des processus biologiques les plus importants. Pensez à l’hémoglobine – une métalloprotéine responsable du transport de l’oxygène vers les organes du corps via les globules rouges. Les métalloprotéines sont des protéines liées par au moins un ion métallique. Dans le cas de l’hémoglobine, ce métal est le fer.
Pour que les métalloprotéines fonctionnent correctement, elles doivent être associées au bon ion métallique – l’hémoglobine ne peut fonctionner qu’avec le fer. Cependant, la liaison protéine-métal est généralement régie par un ordre strict, appelé la série Irving-Williams, qui dicte que les ions cuivre doivent se lier aux protéines plutôt qu’aux autres métaux.
En d’autres termes, si une cellule contenait des quantités égales d’ions métalliques différents, la plupart des protéines cellulaires et d’autres composants se lieraient au cuivre, obstruant ainsi la machinerie cellulaire. Pour cette raison, les organismes dépensent beaucoup d’énergie en maintenant des contrôles très stricts sur la quantité de cuivre libre dans les cellules.
Maintenant, des chercheurs du Département des sciences physiques de l’Université de Californie à San Diego ont rapporté une nouvelle stratégie de conception de protéines pour contourner la série Irving-Williams. Les résultats ont été publiés dans le journal plus tôt cette semaine nature.
Le professeur de chimie et de biochimie Akif Tezcan et le boursier postdoctoral Tae Su Choi ont conçu une protéine flexible qui lie d’autres ions métalliques de manière sélective via le cuivre, ouvrant la voie au développement de nouvelles protéines fonctionnelles et d’agents liant les métaux. Choi et Tezcan ont découvert que la protéine artificielle devait avoir une combinaison très spécifique d’acides aminés et de géométries pour se lier sélectivement aux métaux autres que le cuivre afin de discriminer le cuivre. Cette découverte a nécessité une approche de conception inhabituelle.
« La conception de protéines implique généralement une tentative de créer une structure protéique discrète qui peut remplir une fonction spécifique, telle que B. Catalyse. Cette approche est intrinsèquement déterministe et suit une séquence conception-structure-fonction », a expliqué Tezcan. « Dans le meilleur des cas, vous obtenez la structure et la fonction conçues. Cependant, cette approche ne laisse pas beaucoup de place à la découverte de nouveaux principes de conception ou de résultats inattendus potentiellement plus significatifs que ce qui était initialement envisagé.
Tezcan et Choi ont plutôt adopté une approche probabiliste. Initialement, leur protéine conçue n’a pas été conçue pour avoir une structure unique qui se lie sélectivement à un type spécifique de métal. Ils ont créé un système flexible qui pouvait s’assembler de différentes manières pour lier différents ions métalliques dans différentes géométries. C’est cette flexibilité qui les a conduits à un résultat qu’ils n’avaient pas envisagé au départ.
« En analysant ces systèmes, nous avons vu que les protéines se lient aux ions cobalt et nickel avant le cuivre, ce qui n’est pas l’ordre naturel des choses », a déclaré Choi. « Nous avons posé une hypothèse et testé de nouvelles variantes. Après une analyse approfondie, nous avons découvert que nous pouvions concevoir un environnement protéique dans lequel le cuivre est défavorable.
« C’est un exemple de conception d’un chemin plutôt que d’une destination », a expliqué Tezcan. « Personnellement, je pense que c’est une façon plus excitante d’aborder le problème de la conception des protéines. En incorporant un élément de flexibilité dans la conception, nous laissons ouverte la possibilité de résultats différents et de nouveaux principes de conception que nous n’aurions pas pu connaître auparavant.
La recherche sur la liaison sélective des métaux et la conception des protéines est importante au-delà d’une meilleure compréhension de la base de la vie. Il peut également jeter les bases de processus d’assainissement de l’environnement plus efficaces, par exemple lorsque certains métaux présents dans l’eau contaminée doivent être séparés. La conception des protéines est également un élément essentiel de la recherche et du développement pharmaceutiques.
« Nous avons été intrigués par la question : ‘Pouvons-nous concevoir des protéines qui se lient sélectivement aux métaux ou ont des réactions catalytiques d’une manière que l’évolution n’a pas encore inventée ?' », a déclaré Choi. « Ce n’est pas parce que la biologie ne le fait pas que cela ne peut pas être fait. »
sources de l’histoire :
Matériel fourni par Université de Californie – San Diego. Écrit à l’origine par Michelle Franklin. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.