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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 l’immunologie.

Repliement de protéine
Repliement de protéine

Rappelons qu’une protéine biologique se compose d’un enchaînement d’acides aminés, codé par l’ADN d’un 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 s’associer à d’autres 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 s’effectue 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 l’inverse 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 qu’on ne les explique.
Le nombre théorique d’espèces 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 n’a reçu aucune réponse convaincante. Elle est cependant importante pour comprendre l’origine et l’évolution de la vie : Si peu de
protéines ont une activité biologique, comment la sélection correspondante
s’est-elle faite à l’origine ? Si seul un petit nombre de mutations aboutit à des
protéines biologiques, cela ne réduit-il pas notre compréhension de l’évolution ?
On sait, par des méthodes physiques puissantes, établir la structure tridimensionnelle d’une protéine, mais comment la relier à ses propriétés chimiques, en particulier à sa capacité de s’unir spécifiquement à des protéines d’une autre espèce ? Sur le plan théorique, toutes les propriétés chimiques résultent d’une 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 l’image 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 : l’organisme, pour survivre, doit trouver et produire en masse l’immunoglobuline, « anticorps » spécifique combattant l’agresseur « antigène » – et ceci alors que le nombre d’espèces d’antigènes est énorme (largement supérieur à 1010). Les immunoglobulines sont constituées de plusieurs chaînes protéiniques, et on conçoit qu’un mécanisme multiplie (littéralement) les possibilités de diversification, initialement offertes par chacune de ces chaînes, jusqu’à rejoindre ce nombre. Mais il reste à comprendre l’exceptionnelle spécificité de la réaction antigène/anticorps.Aujourd’hui, on se rend compte qu’il s’agit plutôt d’une sélection
progressive – après l’agression – d’anticorps de plus en plus efficaces, que du
repérage rapide d’une seule « bonne clé ». Comme dans la théorie darwinienne de l’évolution, la sélection naturelle joue un rôle éminent, mais est-ce suffisant pour expliquer l’efficacité et la rapidité globales du système ?

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