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Article
Stéréochimie
et repliement des protéines biologiques
par Alain Stahl
25/04/2009 .
Ce
texte est le résumé d’un texte plus complet,
annexe M de mon livre "Science et philosophie" (Vrin,
2004), que l’on trouvera sur :
http://perso.wanadoo.fr/alain.stahl
Dans
un esprit de « critique scientifique », le but
est ici est de montrer à la fois le rôle fondamental
dans la biologie moderne, et en particulier dans l’immunologie,
des protéines «repliées» et dotées
par là de propriétés stéréospécifiques,
et les grandes inconnues qui subsistent sur les mécanismes
correspondants.
Je vais en donner quelques exemples, sous forme de questions
concernant les protéines, puis limmunologie.

Repliement de protéine
Rappelons
quune protéine biologique se compose dun
enchaînement dacides aminés, codé
par lADN dun gène. Une fois formée,
chaque protéine «se replie» dans une structure
spatiale complexe (« stéréospécifique
»), à laquelle elle doit ses propriétés
biologiques, en particulier celles qui lui permettent de sassocier
à dautres molécules
organiques par des réactions, elles aussi spécifiques,
qui sont fondamentales pour la vie (donc aussi pour les progrès
de la médecine et de la pharmacie).
Un être humain utilise peut-être 100.000 espèces
différentes de protéines de base.
Comment
seffectue le repliement ?
Il se fait globalement en des temps très courts (par
exemple la milliseconde), est réversible, « choisit
sans erreur » une succession précise de chemins
intermédiaires parmi une possibilité fantastique
de variantes envisageables, et ne met en jeu à
linverse de la chimie traditionnelle que des
énergies très faibles (paradoxalement, pour
chaque étape, très inférieure à
ce qui correspond au « bruit » thermique). On
observe ces faits, plutôt quon ne les explique.
Le nombre théorique despèces possibles
de protéines est faramineux. Parmi elles, quelle est
la proportion de protéines, se prêtant à
repliement, et pouvant avoir une activité biologique
? La question est peu posée, et na reçu
aucune réponse convaincante. Elle est cependant importante
pour comprendre lorigine et lévolution
de la vie : Si peu de
protéines ont une activité biologique, comment
la sélection correspondante
sest-elle faite à lorigine ? Si seul un
petit nombre de mutations aboutit à des
protéines biologiques, cela ne réduit-il pas
notre compréhension de lévolution ?
On sait, par des méthodes physiques puissantes, établir
la structure tridimensionnelle dune protéine,
mais comment la relier à ses propriétés
chimiques, en particulier à sa capacité de sunir
spécifiquement à des protéines dune
autre espèce ? Sur le plan théorique, toutes
les propriétés chimiques résultent dune
chimie quantique, branche de la physique quantique ; mais,
pour ces grosses molécules, les calculs concrets sont
hors de la portée de nos plus puissants ordinateurs.
Certes, on sait classer les protéines en différentes
classes, avec des similarités dans les structures,
et on attache une grande importance aux « ponts »
chimiques, qui reliant des parties éloignées
de la protéine linéaire de départ
en provoquent le repliement. Mais ceci ne suffit pas à
une vraie explication. Qualitativement, on a longtemps employé
limage clé/serrure, qui faisait bien comprendre
la stéréospécificité.
Peut-on, dans ces conditions, comprendre la spécificité
des réactions biochimiques ? La question la plus difficile
concerne peut-être le système immunitaire : lorganisme,
pour survivre, doit trouver et produire en masse limmunoglobuline,
« anticorps » spécifique combattant lagresseur
« antigène » et ceci alors que le
nombre despèces dantigènes est énorme
(largement supérieur à 1010). Les immunoglobulines
sont constituées de plusieurs chaînes protéiniques,
et on conçoit quun mécanisme multiplie
(littéralement) les possibilités de diversification,
initialement offertes par chacune de ces chaînes, jusquà
rejoindre ce nombre. Mais il reste à comprendre lexceptionnelle
spécificité de la réaction antigène/anticorps.Aujourdhui,
on se rend compte quil sagit plutôt dune
sélection
progressive après lagression danticorps
de plus en plus efficaces, que du
repérage rapide dune seule « bonne clé
». Comme dans la théorie darwinienne de lévolution,
la sélection naturelle joue un rôle éminent,
mais est-ce suffisant pour expliquer lefficacité
et la rapidité globales du système ?