Dans les organismes vivants, chaque protéine – un type de polymère biologique composé de centaines d’acides aminés – dégage des fonctions spécifiques, telles que la catalyse, le transport des molécules ou la réparation de l’ADN. Pour remplir ces fonctions, ils doivent se replier en formes spécifiques. C’est un processus complexe qui est essentiel à la vie, et malgré les progrès dans le domaine, il reste de nombreuses questions ouvertes sur le processus.
Une étude publié dans Prx Life fait la lumière sur cette question et pourrait conduire à de nouvelles façons de concevoir des protéines pour la thérapie médicamenteuse, de nouvelles biomatériaux et d’autres applications.
Les chercheurs, dirigés par Corey O’Hern, ont développé des modèles de calcul pour toutes les protéines globulaires de la banque de données protéiques, une base de données en ligne, et ont mesuré leurs régions centrales intérieures pour déterminer à quel point elles étaient densément emballées. Chaque protéine avait une fraction d’emballage centrale de 55%. Autrement dit, 55% de l’espace était occupé par des atomes. Cela a conduit l’équipe de recherche à deux questions.
« Pourquoi avaient-ils tous la même valeur? Et, en particulier, pourquoi la valeur est-elle 55%? » a déclaré O’Hern, professeur de génie mécanique, de science des matériaux, de physique et de physique appliquée. « La réponse semble être que la fraction d’emballage cesse d’augmenter lorsque les carottes de protéines se bloquent ou rigidifient. »
Autrement dit, les acides aminés individuels qui composent le noyau protéique n’ont pas pu comprimer davantage lorsque la protéine s’est repliée. La fraction d’emballage à laquelle les objets s’emparent ensemble dépend en grande partie de leur forme. Des objets sphériques, par exemple, se bloquent à une fraction d’emballage de 64%.
« Mais les acides aminés ont des formes complexes », a déclaré O’Hern.
« Quelques-uns des acides aminés sont assez sphériques, mais la plupart d’entre eux sont allongés en raison des chaînes latérales, et rugueux, en raison de tous les atomes d’hydrogène liés. La physique de la matière douce nous dit que des emballages bloqués de particules allongées et bosselées ne sont pas aussi denses que les emballages coincés de mâles lisses et sphériques, qui expliquent la faible valeur de 55%.
Une direction future intéressante est de savoir si la fraction d’emballage du noyau protéique peut devenir plus dense que ce qui se trouve pour les protéines dans des conditions physiologiques. Par exemple, il y a eu des études de protéines à haute pression, imitant les pressions dans les évents hydrothermaux de l’océan profond, qui sont peut-être liés à la synthèse d’origine des molécules organiques.
La caractérisation structurelle des protéines à haute pression a montré que la fraction d’emballage du noyau protéique peut augmenter à 58 à 60%. Ainsi, cette recherche est également liée à notre compréhension des origines de la vie.
« Maintenant que nous connaissons les propriétés des noyaux de protéines dans des conditions de repliement typiques, il est possible que l’emballage du noyau protéique n’ait pas besoin de s’arrêter à 55% », a déclaré Alex Grigas, doctorat. candidat au laboratoire d’O’Hern et auteur principal du journal.
« Si vous modifiez les conditions de solvant, la pression ou le saut de température, vous pourrez peut-être faire emballer les acides aminés plus efficacement. »
O’Hern a ajouté que la conception des protéines se concentre actuellement sur la création de nouvelles séquences d’acides aminés pour concevoir de nouvelles structures et fonctions de protéines.
« Maintenant, ce travail ouvre la possibilité que même avec la même séquence d’acides aminés, vous pouvez concevoir de nouvelles structures et fonctions protéiques simplement en modifiant les conditions de pliage. »
Plus d’informations:
Alex T. Grigas et al, repliement des protéines comme transition de brouillage, Prx Life (2025). Doi: 10.1103 / prxlife.3.013018