2.3.1 Propagation de la déformation 99

Tout d’abord, nous pouvons voir sur ces diagrammes que les points sont groupés autour de la diagonale. Cette observation nous révèle donc que si l’on veut agir sur un angle du squelette, il faut appliquer une force sur un atome situé à proximité de cet angle. Néanmoins, nous pouvons noter que ces points sont en moyenne plus ou moins dispersés suivant la conformation que l’on regarde.

En effet, la différence majeure entre les conformations α et β observée sur ces diagrammes est que, lorsque l’on regarde un angle en particulier (c'est-à-dire les points le long d’une verticale), il semble que les points sont plus étalés dans le cas de l’hélice α en comparaison avec les conformations β. En d’autres termes, il semble que dans le cas d’une conformation en hélice, un plus grand nombre d’atomes peut être sollicité pour déformer le squelette que dans le cas d’une conformation β.

Nous avons donc calculé le nombre moyen de résidus possédant un ou plusieurs atome(s) participant à la déformation. Seules les déformations angulaires supérieures à 20 degrés sont considérées. Les nombres de résidus sont présentés dans le tableau 6.

Conformation Nombre de résidus

 6.04

βstr 5.65

βsh 4.93

Tableau 6 : nombre moyen de résidus possédant au moins un atome participant à la déformation.

On peut donc voir que dans la conformation α, plus de résidus sont susceptibles de participer à la déformation du squelette du peptide que dans une conformation β. Nous allons donc à présent déterminer pourquoi on observe cette différence entre ces conformations.

Les protéines sont des molécules composées d’atomes liés de manière covalente. Les déformations se propagent le long de la molécule par ces liaisons covalentes, qui possèdent chacune une rigidité qui leur est propre. Or, il est clair d’après les diagrammes que la déformation ne passe pas uniquement par ces liaisons de covalence. On peut donc s’interroger sur ce fait, et se demander quel phénomène est à l’origine de l’étalement des points observé sur les diagrammes.

Les structures secondaires des protéines sont régies par les interactions de type non-liées, que nous avons décrites au premier chapitre, et notamment par les liaisons hydrogènes qui stabilisent la structure dans une certaine conformation. Nous avons donc émis l’hypothèse que lorsque l’on agit sur un atome de la molécule, la déformation induite se propage via les liaisons covalentes, mais aussi via les liaisons hydrogène.

Pour illustrer cette idée, nous avons appliqué une force sur chaque atome et examiné une déformation particulière de la molécule, choisie à l’avance. La direction de la force est optimisée pour rendre la déformation maximale et son module est normalisé. Nous avions alors reporté, sur chaque atome de la molécule, la déformation maximale provoquée par cette force. Nous avons en fait utilisé la colonne du fichier PDB réservée au facteur de température pour y stocker les valeurs des déformations maximales. Le logiciel PyMOL permet de visualiser ces facteurs de température, qui sont dans notre cas les maxima de déformation. Nous pouvons voir le résultat obtenu sur la figure 29.

Sur cette figure, nous avons choisi un exemple explicite, qui est de représenter les déformations de l’angle φ5 dans les conformations βstr et βsh. En effet, dans la conformation βstr, on observe trois liaisons hydrogènes entre les chaînes latérales de l’arginine 5 et de

l’acide aspartique 7, alors que dans la conformation βsh, ces liaisons n’existent plus. Nous avons donc observé la contribution des atomes d’Asp7, et il s’avère que ces derniers participent à la déformation de φ5 en présence des liaisons hydrogènes, et ne sont plus impliqués sans liaisons hydrogènes.

Figure 29 : Résidus 3 à 9 du peptide Amyloïde-β. La coloration représente l’amplitude de la déformation de l’angle φ5. A gauche : conformation βstr,

sur laquelle on observe 3 liaisons hydrogène entre les résidus Arg5 et Asp7. A droite : conformation βsh, sur laquelle on n’observe plus de liaisons

hydrogène.

Ces résultats suggèrent donc que les déformations ne se propagent pas uniquement par les liaisons covalentes de la molécule. Un léger doute peut cependant exister. En effet, dans le cas présenté sur la figure 29, les atomes de la chaîne latérale de Asp7 et les atomes formant l’angle de torsion φ5 sont certes éloignés, mais appartiennent à la même molécule. On peut penser que la déformation a tout de même pu se propager le long des liaisons covalentes. Pour éliminer définitivement cette hypothèse nous avons effectué ce même calcul entre deux groupes d’atomes de deux molécules distinctes, liés par une ou plusieurs liaison(s) hydrogène. C’est ce que nous avons fait sur un feuillet β composé de deux peptides de taille plus modeste : le peptide GNNQQNY présenté au paragraphe précédent.

Sur la figure 30, nous avons représenté le feuillet. Les deux brins sont liés entre eux par 11 liaisons hydrogènes. Nous en avons choisi une, indiquée par la flèche sur la figure 30, et

0.0 90.0 180.0

ARG5 ASP7

appliqué une force dans la direction de la liaison. Nous observons alors la réponse du peptide faisant face à l’atome sur lequel on agit pour voir dans quelle mesure la liaison hydrogène joue un rôle dans la propagation des déformations.

Figure 30 : peptide GNNQQNY : 2 monomères en feuillet β antiparallèle.

A) structure 3D du feuillet. B) représentation des amplitudes de

déformation (en Å) lorsque l’on applique une force le long de la liaison hydrogène (pointillé) comme le suggère la flèche.

Sur la figure 30, nous avons représenté les variations des positions atomiques lorsque l’on applique une force le long d’une liaison hydrogène entre les résidus Gln5 du brin A et Gln5 du brin B. Les atomes qui présentent l’amplitude la plus élevée sont situés sur le brin A, mais un groupe d’atomes du brin B est également largement affecté par la force appliquée. Certains atomes de ce groupement possèdent parfois même une amplitude plus élevée que certains atomes proche de l’endroit où la force est appliquée. C’est le cas notamment de l’oxygène situé en bout de chaîne latérale de Gln5 du brin A, qui est situé à proximité de

A) B) 0.0 0.5 1.0 Gln5 Gln5 Brin A Brin B

l’endroit où est appliquée la déformation, et auquel correspond une amplitude de 0.8 Å. Alors que le carbone en bout de chaîne latérale de Gln5 du brin B possède une amplitude de 1.1 Å. Ce résultat met en évidence que les déformations peuvent se propager par l’intermédiaire de liaisons physiques telles que la liaison hydrogène.