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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
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 ?
