Le dipeptide d’acide aminé : petit mais toujours influent après 50 ans
La conformation d’une chaîne polypeptidique peut être décrite avec une bonne précision en termes d’un ensemble unique de valeurs d’angles de torsion du squelette – deux pour chaque résidu d’acide aminé – appelés ϕ et ψ (Fig. 1) ; les longueurs et les angles de liaison reçoivent des valeurs canoniques fixes, et la liaison peptidique reliant les résidus successifs est également fixée comme une structure planaire. Comme l’ont montré Ramachandran et ses collègues il y a près de 50 ans (1), il est facile de cartographier les distributions de conformations polypeptidiques exprimées en termes d’angles de torsion ϕ et ψ dans des graphiques 2D, connus depuis sous le nom de diagrammes de Ramachandran. Ces auteurs ont analysé les conformations disponibles pour un seul résidu dans une chaîne polypeptidique en fonction d’un modèle simple qui incluait, en plus d’un seul résidu d’acide aminé, des parties des résidus voisins jusqu’aux atomes de carbone α immédiatement précédents et suivants et, ainsi, incluait les deux groupes peptidiques planaires ; à ce modèle, ils ont donné le nom (non systématique) de dipeptide. En supposant des rayons atomiques standard et en interdisant les conformations avec chevauchement atomique, ils ont constaté que relativement peu de combinaisons des deux angles de torsion variables produisaient des structures favorables sans chevauchement atomique (en grisé sur la figure 1). Dans PNAS, Avbelj et ses collègues (2) présentent de nouvelles informations sur la distribution de la conformation des peptides en solution.
Avbelj et ses collaborateurs (2) trouvent des différences significatives dans la proportion des trois conformations entre les dipeptides de différents acides aminés et ont pu mesurer les changements avec la composition, la température, l’état d’ionisation des chaînes latérales et la composition du solvant, qui sont bien connus pour affecter la conformation des chaînes dépliées (5). La conformation des résidus dans les chaînes courtes se distribue approximativement comme celle des résidus dans les dipeptides. L’interaction entre les résidus dans les chaînes courtes est minimale car les atomes Cα des résidus successifs sont séparés par trois liaisons, dont l’une est la liaison peptidique rigide (6). Lorsque les chaînes deviennent plus longues, les interactions coopératives de moyenne portée favorisent la formation de tronçons de structure α-hélice. Cependant, l’ampleur de la formation d’une hélice nécessite une composition favorable en acides aminés, en termes de propension intrinsèque à l’hélice des résidus et de facteurs tels que la présence d’interactions stabilisatrices d’hélice entre les chaînes latérales. Ces conditions ont été établies par des études approfondies (par exemple, réf. 7). Lorsque les chaînes deviennent encore plus longues, des interactions supplémentaires à longue portée entre les chaînes latérales sont possibles. En particulier, l’attraction entre les chaînes latérales hydrophobes peut conduire à la formation de structures effondrées mais non hautement ordonnées, appelées globules fondus. Ces globules fondus peuvent également se former comme intermédiaires dans le processus de formation de la conformation repliée, biologiquement active, d’une protéine à partir de l’état déplié (8).
Il reste encore à relier complètement ces différences de préférence conformationnelle aux différences de structure moléculaire et d’interactions moléculaires, ce qui est mieux abordé à l’aide de simulations moléculaires. Cependant, les différents champs de force qui sont largement utilisés ne s’accordent pas bien entre eux sur les distributions conformationnelles des dipeptides d’alanine et de glycine en solution aqueuse (9). Avbelj et ses collègues (2) soulignent que les détails des distributions nouvellement mesurées devraient servir de référence clé pour produire un champ de force raffiné, qui pourra ensuite être utilisé avec une confiance accrue dans les simulations de polypeptides dépliés en solution. Plus important encore, on peut s’attendre à ce que cette précision accrue améliore considérablement la précision de la simulation du repliement des petites protéines avec l’utilisation de la représentation atomique et de la solvatation explicite, ce qui a été réalisé récemment grâce à l’augmentation de la puissance des ordinateurs et à l’amélioration des méthodes de simulation (10, 11). La détermination routinière de la structure de petites protéines par pliage simulé, en tant qu’alternative à la cristallographie aux rayons X et à la spectroscopie RMN, semble être pour bientôt. La précision des champs de force utilisés dans ces simulations sera alors la plus grande préoccupation.
Footnotes
- ↵1E-mail : hermans{at}med.unc.edu.
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Contributions des auteurs : J.H. a rédigé l’article.
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L’auteur ne déclare aucun conflit d’intérêts.
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Voir l’article complémentaire à la page 1794 dans le numéro 5 du volume 108.
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