106
45 Stabilitédesprotéines
Mots clés
Etat natif, état dénaturé, agents dénaturants, Tm
1. GÉNÉRALITÉS
L’activité d’une enzyme ou, plus généralement, la fonction biologique d’une protéine, est
déterminée par sa structure tridimensionnelle (Fiches 40-43). Cette structure est stabilisée principalement par des interactions faibles, que ce soit à l’intérieur même de chacune
des chaînes polypeptidiques, à l’interface entre sous-unités, ou au contact des protéines
avec leur environnement, aqueux pour les protéines solubles, ou hydrophobe pour les
protéines membranaires (Fiche 72). La consolidation de la conformation des protéines
fait intervenir occasionnellement des liaisons covalentes, principalement les ponts disulfure entre des résidus cystéine (Fiches 8, 42).
Des facteurs physiques ou chimiques qui influencent ces interactions peuvent faire évoluer une protéine d’un état « natif » fonctionnel vers un état « dénaturé » non fonctionnel.
De nombreux paramètres peuvent entrer en jeu, mais trois facteurs sont particulièrement
importants : la température, le pH, et la présence éventuelle d’agents dénaturants.
2. EFFET DE LA TEMPÉRATURE
Dans leur ensemble, les protéines sont thermosensibles (ou mésophiles) : leur structure tridimensionnelle est déstabilisée lorsqu’on les soumet à des températures élevées
(dénaturation thermique). L’effet de la température est lié à l’augmentation de l’agitation
moléculaire qui provoque la rupture des liaisons faibles
Chaque protéine est caractérisée par une température, appelée Tm (« melting temperature ») pour laquelle 50 % des molécules sont dénaturées. Certains micro-organismes
adaptés à des environnements chauds synthétisent des protéines thermostables, qui
conservent leur structure et leur activité à des températures supérieures à 80 °C, voire
plus. Un exemple concret de ce type de protéine est donné par l’ADN polymérase 1
(ou « Taq polymerase ») de la bactérie thermophile Thermus aquaticus, utilisée dans les
réactions de polymérisation en chaîne (PCR).
Enzyme
Organisme
Tm (°C)
ADN polymérase 1
Escherichia coli
40
Albumine du sérum
Vache
65
Ovalbumine
Poule
71
ADN polymérase 1
Thermus aquaticus
98
Glutamate déshydrogénase
Pyrococcus furiosus
113
Un grand nombre de paramètres ont une influence sur la Tm. En règle générale, on
estime qu’une valeur élevée de Tm est en relation avec une participation importante des
liaisons H dans la stabilisation de la structure d’une protéine.
À l’opposé, certaines protéines oligomériques sont dénaturées à basse température et
sont qualifiées de protéines cryosensibles.
9782100724185-Livre.indb 106
20/05/15 19:11
45 Stabilitédesprotéines
Mots clés
Etat natif, état dénaturé, agents dénaturants, Tm
1. GÉNÉRALITÉS
L’activité d’une enzyme ou, plus généralement, la fonction biologique d’une protéine, est
déterminée par sa structure tridimensionnelle (Fiches 40-43). Cette structure est stabilisée principalement par des interactions faibles, que ce soit à l’intérieur même de chacune
des chaînes polypeptidiques, à l’interface entre sous-unités, ou au contact des protéines
avec leur environnement, aqueux pour les protéines solubles, ou hydrophobe pour les
protéines membranaires (Fiche 72). La consolidation de la conformation des protéines
fait intervenir occasionnellement des liaisons covalentes, principalement les ponts disulfure entre des résidus cystéine (Fiches 8, 42).
Des facteurs physiques ou chimiques qui influencent ces interactions peuvent faire évoluer une protéine d’un état « natif » fonctionnel vers un état « dénaturé » non fonctionnel.
De nombreux paramètres peuvent entrer en jeu, mais trois facteurs sont particulièrement
importants : la température, le pH, et la présence éventuelle d’agents dénaturants.
2. EFFET DE LA TEMPÉRATURE
Dans leur ensemble, les protéines sont thermosensibles (ou mésophiles) : leur structure tridimensionnelle est déstabilisée lorsqu’on les soumet à des températures élevées
(dénaturation thermique). L’effet de la température est lié à l’augmentation de l’agitation
moléculaire qui provoque la rupture des liaisons faibles
Chaque protéine est caractérisée par une température, appelée Tm (« melting temperature ») pour laquelle 50 % des molécules sont dénaturées. Certains micro-organismes
adaptés à des environnements chauds synthétisent des protéines thermostables, qui
conservent leur structure et leur activité à des températures supérieures à 80 °C, voire
plus. Un exemple concret de ce type de protéine est donné par l’ADN polymérase 1
(ou « Taq polymerase ») de la bactérie thermophile Thermus aquaticus, utilisée dans les
réactions de polymérisation en chaîne (PCR).
Enzyme
Organisme
Tm (°C)
ADN polymérase 1
Escherichia coli
40
Albumine du sérum
Vache
65
Ovalbumine
Poule
71
ADN polymérase 1
Thermus aquaticus
98
Glutamate déshydrogénase
Pyrococcus furiosus
113
Un grand nombre de paramètres ont une influence sur la Tm. En règle générale, on
estime qu’une valeur élevée de Tm est en relation avec une participation importante des
liaisons H dans la stabilisation de la structure d’une protéine.
À l’opposé, certaines protéines oligomériques sont dénaturées à basse température et
sont qualifiées de protéines cryosensibles.
9782100724185-Livre.indb 106
20/05/15 19:11