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Toxicologie nucléaire environnementale et humaine
mécanismes d’action des métaux lourds. L’accent sera rnis dans ce chapitre sur
les techniques disponibles pour l’étude des interactions entre les métaux et les
protéines, quelques exemples concrets seiont cependant détaillés.
1.
Techniques de la biologie structurale appliquées
aux interactions métaux-protéine
1.1. Méthodes tridimensionnelles
1.1.1. La résonance magnétique nucléaire
La RMN sonde les propriétés magnétiques de certains atomes qui possèdent un
moment magnétique nucléaire et se comportent comme des dipôles magnétiques
caractérisés par une grandeur quantique, le spin. Lorsqu’une protéine en solution
est soumise à un champ magnétique intense (entre 10 et 20 teslas), les spins des
noyaux atomiques composant la protéine s’orientent le long de l’axe principal du
champ magnétique. Par une série d’impulsions électromagnétiques, il est possible
de perturber de façon spécifique ces dipôles, et d’analyser le retour à l’équilibre
par le courant résultant induit. Ce signal résulte de l’ensemble des contributions
des différents atomes en solution. Son traitement mathématique par la transformation de Fourier permet d’accéder aux différentes fréquences de résonance de ces
dipôles. La structure chimique dans l’environnement proche du noyau impactant
fortement sur ces fréquences, la compilation de l’ensemble de ces informations
permet de remonter à la structure complète de la protéine. Le carbone, l’azote et
l’oxygène présentent un spin nucléaire nul et seuls les atomes d’hydrogène des
protéines sont observables par RMN. Or, leur nombre est tel (1200 environ pour
une protéine de 150 résidus) que de nombreux signaux se superposent. La production de protéines uniformément marquées avec des isotopes stables de l’azote
et du carbone (15N et 13C) qui possèdent un spin 1/2 comme le proton, s’avère
généralement nécessaire et permet d’enregistrer un signal de RMN pour presque
tous les atomes d’une protéine, excepté les atomes d’oxygène. Cependant, cette
technique reste limitée aux protéines de petite taille (de l’ordre de la dizaine de
kDa). A l’heure actuelle, cette technique a contribué à la description de 16 % de
l’ensemble des 44000 structures de macromolécules biologiques connues.
t)
1.1.2. La biocristallographie
■
La cristallographie aux rayons X (RX) est une technique physique permettant j
d’observer la structure des macromolécules biologiques. Elle s’apparente au prin- ;
cipe de fonctionnement d’un microscope optique. Lorsque des rayons lumineux j
incidents rencontrent l’objet observé, ils sont pour partie absorbés et diffusés. Un «
système optique de lentilles permet de collecter les rayons émergents et de les |
focaliser pour pouvoir obtenir une image. La plus petite dimension observable j
d’un objet doit être supérieure à la demi-longueur d’onde utilisée pour l’observer. |
Dans le cas de l’étude de structures à l’échelle moléculaire ou atomique il faut j
donc employer des rayons X, dont la longueur d’onde est de l’ordre de l’Angstrôm. «
Toxicologie nucléaire environnementale et humaine
mécanismes d’action des métaux lourds. L’accent sera rnis dans ce chapitre sur
les techniques disponibles pour l’étude des interactions entre les métaux et les
protéines, quelques exemples concrets seiont cependant détaillés.
1.
Techniques de la biologie structurale appliquées
aux interactions métaux-protéine
1.1. Méthodes tridimensionnelles
1.1.1. La résonance magnétique nucléaire
La RMN sonde les propriétés magnétiques de certains atomes qui possèdent un
moment magnétique nucléaire et se comportent comme des dipôles magnétiques
caractérisés par une grandeur quantique, le spin. Lorsqu’une protéine en solution
est soumise à un champ magnétique intense (entre 10 et 20 teslas), les spins des
noyaux atomiques composant la protéine s’orientent le long de l’axe principal du
champ magnétique. Par une série d’impulsions électromagnétiques, il est possible
de perturber de façon spécifique ces dipôles, et d’analyser le retour à l’équilibre
par le courant résultant induit. Ce signal résulte de l’ensemble des contributions
des différents atomes en solution. Son traitement mathématique par la transformation de Fourier permet d’accéder aux différentes fréquences de résonance de ces
dipôles. La structure chimique dans l’environnement proche du noyau impactant
fortement sur ces fréquences, la compilation de l’ensemble de ces informations
permet de remonter à la structure complète de la protéine. Le carbone, l’azote et
l’oxygène présentent un spin nucléaire nul et seuls les atomes d’hydrogène des
protéines sont observables par RMN. Or, leur nombre est tel (1200 environ pour
une protéine de 150 résidus) que de nombreux signaux se superposent. La production de protéines uniformément marquées avec des isotopes stables de l’azote
et du carbone (15N et 13C) qui possèdent un spin 1/2 comme le proton, s’avère
généralement nécessaire et permet d’enregistrer un signal de RMN pour presque
tous les atomes d’une protéine, excepté les atomes d’oxygène. Cependant, cette
technique reste limitée aux protéines de petite taille (de l’ordre de la dizaine de
kDa). A l’heure actuelle, cette technique a contribué à la description de 16 % de
l’ensemble des 44000 structures de macromolécules biologiques connues.
t)
1.1.2. La biocristallographie
■
La cristallographie aux rayons X (RX) est une technique physique permettant j
d’observer la structure des macromolécules biologiques. Elle s’apparente au prin- ;
cipe de fonctionnement d’un microscope optique. Lorsque des rayons lumineux j
incidents rencontrent l’objet observé, ils sont pour partie absorbés et diffusés. Un «
système optique de lentilles permet de collecter les rayons émergents et de les |
focaliser pour pouvoir obtenir une image. La plus petite dimension observable j
d’un objet doit être supérieure à la demi-longueur d’onde utilisée pour l’observer. |
Dans le cas de l’étude de structures à l’échelle moléculaire ou atomique il faut j
donc employer des rayons X, dont la longueur d’onde est de l’ordre de l’Angstrôm. «