Propriétés des matrices de contact

Une grande partie des contacts forme une diagonale reliant les extrémités N- et C-terminales. Ces contacts sont souvent internes aux éléments de structures secondaires et les caractéristiques géométriques de la diagonale sont représentatives de la nature de la structure

Chapitre 6 : Procédure d’attribution

secondaire à laquelle ils sont associés. Ainsi, il est facile de constater que les hélices sont représentées par une diagonale plus épaisse dont les bords sont continûment noirs (et non pas gris). La topologie de l’hélice α favorise les contacts entre l’AA n° i et l’AA n° i+4 ou n° i-4, c’est la raison pour laquelle les aires des faces de ces contacts sont généralement supérieures à la moyenne. Les contacts avec des écarts plus faibles, dus à la proximité le long de la structure primaire sont également présents et certains contacts entre l’AA n° i et n° i±3 sont aussi des contacts forts. Les contacts avec un écart supérieur à 4 AA étant extrêmement rares pour les hélices, on obtient finalement une diagonale aux bords noirs d’à peu près 9 AA d’épaisseur. La Figure 111 représente l’hélice (T7-C16) de la toxine beta-purothionine provenant de Triticum aestivum (code PDB : 1bhp65). Les rectangles blancs mettent en évidence une des caractéristiques importantes des cellules liées aux hélices α, la présence des contacts entre l’AA n° i et l’AA n° i±2, principalement due à la proximité séquentielle car la géométrie hélicoïdale ne tend pas à favoriser ces contacts. Ceci se traduit concrètement par la présence (quasiment systématique) de faces triangulaires relativement petites entre ces résidus.

Figure 111 : Hélice α (T7-C16) de la toxine beta-purothionine provenant de Triticum aestivum (code PDB : 1bhp). Les cellules correspondant à T7, N11 et L15 sont en rouge, celles correspondant à L8,

G9, R10, C12, Y13, N14 et C16 sont en blanc.

Les brins sont représentés par une diagonale plus mince bordée de manière plus ou moins continue en noir. La diagonale est plus fine car les contacts entre l’AA n° i et l’AA n° i±3 ou plus, sont rarement observés à l’intérieur des brins. L’irrégularité des bords

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s’explique par le fait que les contacts forts entre l’AA n° i et l’AA n° i±2 ne sont pas systématiques mais restent fréquents contrairement aux hélices pour lesquelles ils sont extrêmement rares. La Figure 112 montre le brin (I18-N24) de l’inhibiteur de la trypsine du pancréas bovin (code PDB : 1bpi). Aucun contact avec un écart égal ou supérieur à 3 AA n’est présent. Les aires des contacts avec un écart de 2 AA peuvent être très variables, ceci est illustré dans la Figure 112 par les deux faces mises en valeur par des rectangles. La face entre l’isoleucine n° 18 (I18) et l’arginine n° 20 (R20), signalée par un rectangle blanc, est relativement importante (4.45 Å2), surtout si on la compare à la face repérée par le rectangle rouge entre l’arginine n° 20 (R20) et la phénylalanine n° 22 (F22) qui est quarante fois plus petite (0.11 Å2). L’écart entre chaque cellule représentée en rouge est de 2 AA, il n’existe donc aucun contact entre ces cellules, contrairement aux cellules en blanc qui comme nous venons de le voir se touchent. Cette irrégularité des contacts à ±2 AA explique celle que l’on retrouve le long de la diagonale pour les brins.

Figure 112

Brin (I18-N24) de la protéine de code PDB 1bpi. Les cellules correspondant à I18, R20, F22 et N24 sont représentées en blanc ; celles correspondant à I19, Y21 et Y23 sont représentées en rouge.

Les boucles reliant les structures secondaires quant à elles ne semblent pas avoir de caractéristiques spécifiques détectables.

Les contacts qui ne sont pas repérés pas des points le long de la diagonale et qui mettent donc en relation des AA plus éloignés les uns des autres le long de la structure primaire, ne sont pas répartis uniformément sur la carte. La plupart d’entre eux forment des lignes dont l’aspect et la direction donnent des informations importantes sur les structures secondaires

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régulières ainsi mises en relation. Les lignes parallèles ou perpendiculaires à la diagonale représentent des contacts entre structures secondaires parallèles ou anti-parallèles de même nature. Ceci s’explique simplement par le fait que quand l’AA n° i et l’AA n° j appartenant à deux structures différentes sont en contact, l’AA n° i+δ est en contact avec l’AA n° j+δ dans le cas parallèle ou l’AA n° j-δ dans le cas anti-parallèle, δ pouvant être considéré comme le pas de chaque type de structure, typiquement 4 pour les hélices α et 1 pour les brins. La Figure 113 montre les hélices G13-D28 et L293-H305 de la protéine 3-isopropylmalate déhydrogénase (code PDB : 1a05) dont la carte des contacts est présentée Figure 110 (hélices A et O). L’écart entre les AA dont les cellules sont représentées de la même couleur est de 4 AA et on constate que la continuité des contacts entre les deux structures est assurée le long des deux structures, ce qui se traduit sur la carte des contacts par une ligne discontinue (voir Figure 110). On constate de plus que si un AA n° i fait un contact avec l’AA n° j, non seulement l’AA n° i+4 fait un contact avec l’AA n° j+4 mais l’AA n° i peut faire aussi un contact avec l’AA n° j+4 ou j-4 selon les cas. Ainsi Figure 113, la valine n° 299 (V299) voit la leucine n° 24 (L24) et l’alanine n° 20 (A20), la thréonine n° 295 (T295) voit l’alanine n° 20 (A20) et l’isoleucine n° 16 (I16) etc. Cette observation explique l’élargissement des lignes de contact entre hélices.

Figure 113 : Représentation de deux hélices de 1a05. En bas l’hélice A (G13-D28), les cellules en blanc sont celles de I16, A20, L24 et D28. En haut l’hélice O (L293-H305), les cellules en bleu sont celles de T295,

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Pour les brins, on retrouve la même caractéristique mais avec un pas de 1. La Figure 114 montre deux brins issus de 1a05 : brin e (D128-E134) et brin d (A102-Q108). L’écart entre les AA dont les cellules sont représentées de la même couleur est maintenant de 1, les contacts sont donc continus et si l’AA n° i voit l’AA n° j et les AA n° j+1 et n° j-1, il ne voit pas au-delà comme c’est le cas pour les hélices, ceci explique à la fois que les lignes soient plus fines et continues.

Figure 114

Représentation de deux brins de 1a05. En rose le brin e (D128-E134), en blanc le brin d (A102-Q108). Dans la matrice, les lignes qui ne sont ni parallèles ni perpendiculaires à la diagonale représentent des contacts entre des structures secondaires régulières de natures différentes, c’est à dire entre des brins et des hélices. Quand l’AA n° i et n° j sont en contact, l’AA n° i+δ1

et n° j+δ2 le sont aussi, δ1 et δ2 variant selon chaque cas par exemple en fonction de

l’orientation des structures en présence l’une par rapport à l’autre. Puisque ces contacts font toujours intervenir une hélice, il est logique que ces lignes soient toujours discontinues. La Figure 115 représente ce type de contacts entre l’hélice O et le brin c. Les cellules représentées sont celles des seuls AA en contact entre les deux structure (3 AA pour chaque),

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le pas associé au brin est de 2, par contre celui de l’hélice n’est pas régulier puisque les cellules visibles sont celles des AA n° 295, n° 299 (∆AA = 4) et n° 302 (∆AA = 3). On a donc bien à faire à une ligne discontinue mais dont l’épaisseur peut être moins régulière que pour des contacts entre hélices ou entre brins. Ceci est confirmé par la Figure 116 qui représente également l’hélice O et le brin k de la même protéine. Ici aussi les cellules représentées sont celles des seuls AA en contact entre les deux structures. Dans ce cas la régularité des pas est inversée, en effet le pas de 4 est respecté pour l’hélice alors que celui du brin ne l’est pas, puisqu’un des AA (S266) ne fait pas de contact avec l’hélice.

Figure 115 (à gauche) :

Représentation d’une hélice et d’un brin de 1a05. A gauche l’hélice O (L293-H305), les cellules représentées en blanc sont celles de T295, V299 et M302. A droite le brin c (A67-A72), les cellules représentées en violet sont celles de A67, I69 et G71. Seules les cellules en contact sont représentées.

Figure 116 (à droite) :

Représentation d’une hélice et d’un brin de 1a05. A gauche l’hélice O (I294-H305), les cellules représentées en bleu sont celles de L297, M301 et H305. A droite le brin k (P263-L267), toutes les cellules

du brin (sauf celle de S266 qui n’est pas représentée) sont en rouge. Seules les cellules en contact sont représentées.