Contribution à l'étude théorique et expérimentale des protéines : Cas des dipeptides Pro-Asx et Asx-Pro

Abstract

Les protéines constituent une classe importante de macromolécules bio-actives engendrent un large spectre de variations conformationnelles et structurales, et leurs propriétés biologiques sont directement liées à leurs conformations. Grâce au développement des méthodes d’analyses, différentes zones conformationnelles ont été mises en évidence dans les protéines telles que les hélices α, feuillets et repliements. Les résidus à courte chaîne latérale polaire (Asn (asparagine), Asp (acide aspartique), Ser (sérine),…) sont préférentiellement inclus dans les repliements. Cette préférence propre à chaque résidu a donné naissance à des méthodes expérimentales et théoriques prédictives de la conformation des protéines. Il est donc utile d’étudier les effets de la chaîne latérale polaire des résidus Asp et Asn sur les conformations de ces zones repliées, et de déterminer les facteurs qui concourent à leurs stabilités. Ce travail comporte deux parties, la première consacrée à l’étude expérimentale, la deuxième partie consacrée à l’étude théorique. Nous avons examiné différents types d’interactions : -Interaction intra-résidu présente au sein du même résidu Asp et Asn. -Interaction inter-résidu qui s’établit entre un résidu Asp ou Asn et les résidus adjacents. Dans la première partie consacrée à l’étude expérimentale, nous avons utilisé les spectroscopies infrarouge (I.R) et la résonance magnétique nucléaire du proton (R.M.N.¹H) ainsi que la radiocristallographie (R.X) pour caractériser les types d’interactions à courte et moyenne distance présentes dans les composés dipeptidiques synthétisés suivants : Piv-L-Pro-L-Asx-NHMe, Boc-L-Asx-L-Pro-NHMe Boc-L-Asn-L-Phe-NHMe avec Asx = Asn, Asp et Asp (OMe). Dans les composés étudiés, nous avons caractérisé deux types d’interactions : -Une interaction intra-résidu à courte distance qui s’établit entre le proton amidique du groupe NH et le carbonyle latéral CγO du résidu Asx, fermant un cycle à six atomes. Ses caractéristiques spectroscopiques ont été décrites ainsi que ses dimensions à partir de la structure cristalline du dipeptide tBuCO-L-Pro-L-Asp(OMe)-NHiPr. La présence de cette interaction stabilise le repliement βI adopté par les séquences dipeptidiques qui contiennent un résidu Asx. -Les second type d’interaction unit le carbonyle CγO latéral d’un résidu Asx indexé i et la liaison NH du résidu indexé i+2, cette interaction inter-résidu ferme un cycle à 10 atomes. L’étude à l’état solide des tripeptides apparentés a confirmé l’existence de cette liaison hydrogène qui stabilise un motif conformationnel appelé repliement Asx. Dans la deuxième partie, consacrée à l’étude théorique des composés dipeptiques suivants : MeCO-L-Pro-L-Asx-NHMe, MeCO-L-Asx-L-Pro-NHMe, MeCO-L-Asx-Gly-NHMe, avec Asx = Asp, Asn. Nous avons adopté la méthode ab initio utilisant la base 3-21G. Cette étude confirme l’importance de l’interaction chaîne latérale/squelette peptique dans la stabilité des conformations optimisées. Les valeurs des énergies relatives correspondantes au repliement βi montrent que ce dernier devient plus stable en présence de l’interaction NH…OCγ du résidu Asx. Résultats confirmés par nos études en solution et à l’état solide. Le repliement Asx est stabilisé par la même liaison hydrogène observée dans l’étude expérimentale. Deux familles de repliement Asx ont été déterminées par nos calculs théoriques, ces types de repliements se trouvent en pourcentage élevé dans les protéines. A partir des conformations optimisées, plusieurs types d’interactions intramoléculaires entre la chaîne latérale et le squelette peptidique ont été mises en évidence, dans lesquelles la fonction latérale des résidus Asp et Asn joue le rôle de donneur ou d’accepteur de proton. La présence dans les composés dipeptidiques de ces types d’interaction stabilise les conformations optimisées, cette stabilité augmente progressivement avec le nombre d’interaction. La position du résidu Pro dans les systèmes dipeptidiques étudiés sur la flexibilité conformationnelle du résidu adjacent. La substitution du résidu Pro par le résidu Gly augmente la flexibilité du squelette peptidique en favorisant les conformations interdites par le résidu Pro. Enfin, ce travail montre l’importance que représente l’utilisation conjointe de l’étude expérimentale avec les techniques spectroscopiques (I.R.R.M.N et R.X) et l’étude théorique dans l’analyse conformationnelle des composés d’intérêt biologique.