Structure de quelques complexes sucre-protéine cristallisés
Publié le 30/05/2015
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Nous rencontrons dans ce livre quatre types de protéines qui s'associent aux sucres : les enzymes de métabolisme des sucres, les lectines, les anticorps spécifiques et les protéines de transport. On a pu cristalliser un nombre important de ces protéines et les examiner aux rayons X pour déterminer leur structure tertiaire. Compte tenu de leur masse moléculaire élevée, l'analyse des spectres de diffraction est un travail difficile. Cependant, on est guidé par la connaissance de la structure primaire, c'est-à-dire l'enchaînement peptidique, obtenue par les procédés chimiques. Le pouvoir de résolution des méthodes est en moyenne de 2,5 À. Il est meilleur dans les exemples que nous donnerons. La connaissance de la structure de la protéine ne donne que des présomptions sur celle du complexe, d'autant plus qu'il peut y avoir des modifications de conformation à la complexation. On a pu obtenir à l'état cristallisé certains complexes protéine-sucre et décrire leur structure avec des degrés de résolution comparables. En général le site récepteur sur la protéine est une cavité allongée, plus ou moins profonde, mais le reste de la protéine semble éminemment variable suivant sa fonction biologiquerli. On connaît et on a étudié des combinaisons cristallines appartenant aux quatre types de protéines mentionnés ci-dessus. Dans le domaine des enzymes, mentionnons le complexe entre le poly-N-acétylchitobiose et le lysozyme, enzyme capable d'hydrolyser les parois bactériennes, qui a six sites récepteurs, et entre une maltodex-trine et la takaamylase, enzyme qui hydrolyse l'amylose et peut s'associer une unité hexasaccharidique. Ces études ont une importance capitale pour l'élucidation du mécanisme de l'hydrolyse enzymatique. Cependant, comme il s'agit d'articles déjà anciens que le lecteur non cristallographe aura quelques difficultés à jauger, nous préférons renvoyer aux commentaires qui en ont été faits[1]. L'esprit de ce chapitre est de décrire avec précision l'environnement immédiat du sucre et c'est en fonction de ceci que nous avons choisi les exemples. Nous recommandons au lecteur d'examiner les vues stéréoscopiques et en couleur des mémoires originaux.
«
226 Structure de quelques complexes sucre-protéine cristallisés
14.1.2 Le complexe protéine ABP-L-arabinose
Un groupe américain[l] r2] a considéré avec énormément d’attention un com-
plexe du L-arabinose avec une protéine dite ABP
(arabinose-binding protein), qui
a pu être décrit avec une résolution de
1,7 A.
Les auteurs pensent que les modes
de liaison qu’ils ont observés ont une valeur générale.
C’est pourquoi nous com-
menceront ce chapitre par un exposé simplifié de leurs conclusions, bien que le L-
arabinose ne participe pas
à des phénomènes de reconnaissance chez les animaux
supérieurs.
Une famille assez étendue de protéines, localisées dans l’espace périplasmique
des bactéries gram-négatives, complexent certaines petites molécules et permet-
tent leurs transport actif
à travers la paroi cellulaire ou le déclenchement de
mouvements chimio-tactiques.
Chacune de ces fonctions implique une interaction
ultérieure avec des protéines membranaires spécifiques.
Les molécules
transportées sont des acides aminés, le sulfate, des mono- et oligosaccharides.
Ainsi la protéine ABP
(arabinose-binding-protein) complexe le L-arabinose
(Kd 0,98 x et les
maltodextrines.
C’est dans cette série qu’on trouve les liaisons les plus fortes
observables entre sucre et protéine.
La vitesse de dissociation
(k.i 1,5 s-’) indique
la limite supérieure de la vitesse du transport ionique.
M), la protéine MBP complexe le maltose (Kd 35 x
Les liaisons hydrogène
Elles jouent un rôle très important dans le complexe ABP-L-arabinose : tous
les groupements polaires sont utilisés.
D’une façon générale, les hydroxyles sont
les groupements fonctionnels caractéristiques des sucres, ils ont des orientations
fixes, sont bien exposés et peuvent collaborer chacun
à 3 liaisons hydrogène, une
comme donneur, deux comme accepteur.
Les variations de l’angle dièdre
H-C-O-H
permettent l’établissement de la structure la plus favorable.
La participation à la
complexation des liaisons hydrogène fortement directives expliquent la spécifici-
té de l’interaction.
On rencontre trois types de système de liaison hydrogène.
Dans les liaisons hydrogène coopératives, l’hydroxyle du sucre est simultané-
ment donneur et accepteur selon le schéma
:
NH + OH -+ O
Les atomes NH et O font partie du site de complexation.
Dans les liaisons
bidentées, deux hydroxyles contigus, en disposition équato-
riale-équatoriale ou axiale-équatoriale, ferment un cycle sur deux atomes d’un
groupement polaire plan, selon la disposition
14.1.
La formation des liaisons coopératives et bidentées crée un réseau dense de
liaisons hydrogène entre le sucre et les récepteurs essentiels.
Ces liaisons sont
fortes.
La distance moyenne entre les atomes lourds, donneur-accepteur, est
2,82 (0,15) A, et l’angle moyen 164 (9”).
Les résidus à groupes plans polaires,
Asn, Asp, Glu, Gln, Arg et His sont particulièrement représentés dans les sites
récepteurs (la lysine n’est utilisée qu’une fois).
Ces groupes sont liés rigidement.
»
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