Analyse de la structure des protéines
La fonction d'une protéine dépend directement de sa structure, de ses interactions avec les autres protéines et de sa localisation dans les cellules, les tissus et les organes. La structure et la fonction des protéines sont étudiées à grande échelle en protéomique, ce qui permet d'identifier des biomarqueurs protéiques associés à certaines maladies ainsi que des cibles thérapeutiques potentielles. La compréhension de la structure des protéines et la cartographie de leur localisation, de leur niveau d'expression et des interactions entre protéines fournissent des informations utiles qui peuvent être exploitées pour déduire leur fonction.
• Structure des protéines
• Détermination de la structure des protéines
• Cartographie des protéines
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Structure des protéines
La structure d'une protéine est déterminée par la séquence d'acides aminés qui la constitue et par la manière dont la protéine se replie en formes plus complexes.
- La structure primaire d'une protéine est définie par sa séquence d'acides aminés.
- La structure secondaire est définie par les interactions locales entre certains segments de la chaîne polypeptidique, qui peuvent former des hélices α et des feuillets β par la formation de liaisons hydrogène.
- La structure tertiaire est définie par la structure tridimensionnelle globale de la protéine.
- La structure quaternaire est définie par la manière dont les différentes sous-unités protéiques interagissent entre elles pour former de plus gros complexes.
Détermination de la structure des protéines
Déterminer la structure tridimensionnelle des protéines à un niveau de résolution de l'ordre de l'atome est utile pour l'identification de leur fonction, la conception de médicaments basée sur la structure et l'amarrage moléculaire.
- RMN : la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) permet d'obtenir des informations sur la structure et la dynamique des protéines. Dans l'analyse par RMN, l'emplacement spatial des atomes est déterminé par leurs déplacements chimiques. Les protéines destinées à une analyse par RMN sont généralement marquées par des isotopes stables (15N, 13C, 2H) afin d'accroître la sensibilité tout en facilitant la déconvolution structurale. Les marqueurs isotopiques sont généralement introduits par l'apport de nutriments marqués isotopiquement dans le milieu de culture lors de l'expression des protéines.
- Radiocristallographie : la radiocristallographie permet d'obtenir la structure tridimensionnelle des protéines par diffraction des rayons X des protéines cristallisées. La cristallogenèse est réalisée en ensemençant des solutions riches en protéines favorisant la précipitation, avec des cristaux de protéines organisés se formant dans des conditions appropriées. Des rayons X sont envoyés sur les cristaux de protéines, qui les diffusent vers un film ou un détecteur électronique. On fait pivoter les cristaux pour capturer la diffraction en trois dimensions, ce qui permet de calculer la position de chaque atome dans la molécule cristallisée par transformée de Fourier.
Cartographie des protéines
La cartographie de la localisation et du niveau d'expression des protéines dans des cellules, des tissus et des organes spécifiques permet de réaliser une étude fonctionnelle du protéome. La distribution spatiale des protéines est essentielle à leur fonction, une mauvaise localisation ou une mauvaise expression pouvant être à l'origine de diverses maladies. Les projets de cartographie comme le Human Protein Atlas constituent une ressource protéomique pour la recherche de candidats biomarqueurs ; ils facilitent aussi la compréhension des mécanismes physiopathologiques des maladies. La cartographie de l'interactome permet de définir les interactions moléculaires qui se produisent au niveau de la cellule, de comprendre la fonction des protéines et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles intéressantes pour certaines maladies.
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