Fiches calcul chromatographie

Chap 4: Le repliement des protéines

Intro :

Phase qui permet de passer de la forme dépliée et non structurée à une forme structurée.

Devenir chaine polypeptidique : soit la protéine se replie soit on a un mauvais repliement (maladie conformationnelle) = misfolding soit des protéines sont intrinsèquement non structurées mais ont quand même des fonctions.

Le repliement : processus par lequel la chaine polypeptidique d’une protéine  se replie.

Hyp thermodynamique : la forme repliée native est celle qui présente l’énergie libre la plus basse et donc la forme la plus stable.

Toute l’info nécessaire pour obtenir la conformation native d’une protéine dans un envt donné est contenue dans la séquence d’AA (dans un contexte donné).

1. Concept de l’entonnoir énergétique = holding funnel

Comment fait une chaine d’AA pour trouver la conformation énergétiquement la plus stable ?

Cette exploration a donné naissance au paradoxe de Levinthal : si chaine polypeptidique recherche aléatoire de la structure possibles nécessiteraient une durée incompatible avec celle mesurée pour le repliement d’une protéine = paradoxe de Levinthal. Donc la protéine fait pas ca au hasard.

Pour expliquer cette conclusion on a conçu l’entonnoir énergétique.

On est parti du postulat de Levinthal et on l’a illustré en terme de paysages énergétiques par le concept d’entonnoir.

1. Principe

Plus on descend dans l’entonnoir, + l’énergie diminue et l’entropie diminue (car on évolue vers structure stable et repliée). Et on aboutit à la protéine repliée.

Les parois de l’entonnoir ne sont pas lisses, on appelle ca les paysages énergétiques, ce sont des minimats énergétiques locaux (intermédiaires de repliement).

Ca donne une description de comportement thermodynamique (car on cherche structure stable) et cinétique (car les pentes de l’entonnoir peuvent être plus ou moins inclinées donc repliement plus ou moins rapide). Donc entonnoir décrit la diminution progressive de l’exploration de l’espace des conformations.

Le globule fondu est un intermédiaire de repliement et c’est le plus stable des intermédiaires.

Lorsque la protéine progresse vers état natif, le nombre de conformations à explorer diminue. Formes dépliées sont en haut à la périphérie de l’entonnoir. Atteinte du minimum global par des chemins différents.

La protéine peut suivre des chemins +/- accidentés (en termes énergétiques) lors du repliement en fonction de comment sont les parois de l’entonnoir (accidenté si il y a des minimats sur les parois)( intermédiaires représentés par des vallées (= minimat énergétique) et collines).

La vitesse de repliement est diminuée par la présence de puits intermédiaires sur la surface énergétique. Chaque puit correspond à un minimum énergétique local peuplé par une population d’intermédiaires stables (=suffisamment stables pour pouvoir être analysés). Plus la pente est raide, plus repliement rapide. Le repliement se fait par pls chemins.

La vitesse de repliement est corrélée au caractère local des contacts dans la structure native :

• protéines qui se replient rapidement on des structures très locales : hélices, tours.
• Protéines qui mettent plus longtemps sont des protéines avec structures moins locales : feuillet ß.

Unfolden : protéine non repliée

Dénaturée : protéine qui a une structure qu’on lui fait perdre.

Figure rose et violette :

A gauche on a un repliement physiologique, contact intramoléculaires.

A droite c’est quand ca se passe pas bien, pls types donnés, les minimats sont très marqués : oligomères, agrégats amorphes (sans structure), fibrilles amyloïdes (=fibrilles qui sont déposés dans le cerveau des patients de la maladie d’Alzheimer). Ici les contacts sont intermoléculaires. Ces structures pathologiques sont bcp plus stable que la forme native donc c’est très dur de les enlever.

B. Les espèces intermédiaires du repliement

Les études de la cinétique du repliement ont montré l’existence de structures intermédiaires.

Difficile à isoler et à caractériser car temps de demi vie très court.

Ces intermédiaires ralentissent le processus de repliement.

Globule fondu :

Structure partiellement repliée. Structure intermédiaire précoce dans laquelle serait présente une majorité des structures secondaire natives mais non stabilisées par les interactions de la structure tertiaires. Peu compact, structure 3D fluctuante. C’est une intermédiaire général du repliement des protéines, identifier dans le chemin de repliement de pls protéines.

1. Les modèles de repliement = mécanismes de repliement des protéines

Il reste encore des interrogations, on a que des modèles par un seul mécanismes :

• quelle est la taille des ensembles non repliés ? Combien y a t il de conformations différentes pour une protéine ?
• Il n’y a peut pas une seule conformation native figée, il y a peut être une conformation dynamique qui peut varier. Les protéines ne sont pas figées sauf dans un cristal.
• Est ce qu’il y a pls mécanismes ou juste un ?

Il y a bcp de mécanismes qui existent. On va parler que de 3 possibilités :

• modèle charpente = framework, ce qui se forme en premier ce sont les éléments de structure secondaire
• modèle de nucléation-condensation : petit noyau de structures qui se forme et se propage au cours du repliement
• modèle d’effondrement hydrophobe = hydrophobic collapse model : dès le début on va avoir des interactions entre toutes les parties hydrophobes très fortes pour initier le repliement.

On peut trouver des infos sur la cinétique dans la base donnée KineticDB

1. Les protéines chaperones

Permettent de s’affranchir du contexte cellulaire pour se replier tranquilles.

Quand on veut augmenter vitesse de repliement et efficacité, les protéines chaperonnes :

• vont aider les protéines qui sont piégées dans les minimats locaux à en sortir
• elles vont aussi empêcher les intéractions intermoléculaires (qui mènent aux agrégation) donc elles favorisent le repliement vers l’état natif.

Dans les cas de mauvais repliement en agrégats et fibrilles amyloïde, les structures sont très riches en feuillet ß.

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