Table des Matières

Texte intégral

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Table des matières

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Table des Matières

Introduction

Chapitre 1... 5

1.1 Les protéines... 7

1.2 La stabilité thermodynamique des protéines... 12

1.3 La thermostabilité des protéines... 16

1.4 Stratégies de thermostabilisation... 21

1.5 Méthodes prédictives de la résistance thermique des protéines ... 25

1.5.1 Prédiction de la thermostabilité à partir d’observations réalisées sur des protéines homologues . 26 1.5.2 Prédiction de la thermophilicité à partir du gène codant ... 26

1.5.3 Prédiction de la thermophilicité à partir de la séquence d’acides aminés... 26

1.5.4 Prédiction de la thermorésistance sur la base d’un moment dipolaire électrique ... 27

1.5.5 Prédiction des changements de thermostabilité à partir des changements de stabilité thermodynamique ... 27

1.5.6 Prédiction directe des changements de thermostabilité ... 28

1.6 Applications industrielles de protéines psychro- et thermostables... 30

1.7 Notre travail ... 33

Recherche de facteurs favorisant la thermostabilité des protéines Chapitre 2... 35

2.1 Définition de huit familles de protéines homologues ... 36

2.2 Facteurs de séquence et de structure... 38

2.2.1 Les ponts hydrogène... 38

2.2.2 Les ponts disulfures... 39

2.2.3 Les ponts salins ... 39

2.2.4 Les interactions effectives entre acides aminés hydrophobes ... 39

2.2.5 Les interactions aromatiques ... 39

2.2.6 Les interactions cation-π... 40

2.2.7 Le pourcentage de structure secondaire ... 40

2.2.8 La composition en acides aminés... 40

2.3 Méthodes d’identification des différents facteurs ... 41

2.4 Résultats... 44

2.4.1 Variation de la composition en acides aminés ... 44

2.4.2 Acylphosphatase ... 45

2.4.3 Adénylate kinase ... 46

2.4.4 α-Amylase... 47

2.4.5 « Cold Shock Protein »... 47

2.4.6 Cytochrome P450... 48

2.4.7 Glycoside hydrolase (Endoglucanase 12A)... 49

2.4.8 Lysozyme ... 50

2.4.9 Myoglobine ... 50

2.5 Discussion ... 52

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2

Méthodes et outils développés en vue de l’étude de la dépendance en la température d’interactions protéiques

Chapitre 3... 55

3.1 Bases de données de protéines ... 56

3.1.1 Bases de données de protéines sauvages ... 56

3.1.2 Conception de groupes de protéines sauvages de thermostabilité distincte ... 59

3.1.2.1 Conception des groupes

G

(5)BD4... 60

3.1.2.2 Conception des groupes

G

(2)BD4... 61

3.1.2.3 Conception des groupes

G

(4)BD4... 62

3.1.2.4 Conception des groupes

G

(2)Tm et

G

(2)Tenv ... 63

3.1.2.5 Conception des groupes

G

(2)BD5 ... 64

3.1.3 Génération de séries de groupes aléatoires à partir d’un modèle de division... 66

3.1.4 Conception d’une base de données de structures protéiques pour l’étude des géométries d’interaction des ponts salins... 66

3.1.5 Conception d’une base de données de mutants ... 67

3.2 Potentiels statistiques... 71

3.2.1 Potentiels de distance ... 72

3.2.2 Adaptation de potentiels de distance à l’étude de la thermostabilité des protéines ... 75

3.2.3 Résolution des profils énergétiques et limites d’occurrences non significatives... 77

3.2.3.1 Répartition des distances inter-résidus en intervalles discrets ... 77

3.2.3.2 Limite du nombre d’occurrences ... 78

3.2.4 Prise en compte de la taille des chaînes latérales lors de regroupements d’acides aminés similaires ... 78

3.2.5 Potentiels statistiques adaptés aux interactions cation-π... 80

3.3 Identification des ponts salins et de leurs géométries d’interaction ... 82

3.4 Critères d’évaluation d’écarts entre profils énergétiques ... 84

3.4.1 Ecart énergétique entre les minima d’énergie ... 84

3.4.2 Progression entre les profils énergétiques aux minima d’énergie ... 85

3.4.3 Surface énergétique globale ... 85

3.4.4 Surface énergétique locale autour d’un minimum d’énergie... 86

3.5 Propension relative d’exposition au solvant d’un résidu... 87

Analyse de la dépendance en la température d’interactions protéiques Chapitre 4... 89

4.1 Etude préliminaire de l’influence de la température sur quatre types d’interactions 91

4.1.1 Les contributions à un corps du potentiel de distance ... 91

4.1.2 Les interactions effectives entre résidus hydrophobes ... 96

4.1.3 Les ponts salins ... 101

4.1.3.1 Les ponts salins formés avec la lysine ... 104

4.1.3.2 Les ponts salins formés avec l’arginine ... 107

4.1.4 Les interactions aromatiques ... 109

4.1.5 Les interactions cation-π... 111

4.2 Identification des interactions méso- et thermostabilisantes ... 114

4.2.1 Les interactions thermostabilisantes... 116

4.2.1.1 Les ponts salins... 117

4.2.1.2 Les interactions cation-π... 119

4.2.1.3 Les interactions aromatiques ... 121

4.2.1.4 Les interactions entre résidus chargés négativement et résidu aromatiques (W et Y) ... 122

4.2.1.5 Les interactions entre résidus chargés et de petite taille ... 123 [249]

[251]

[250]

[249-251]

[249]

[252]

[249-251]

[250]

[249-251]

[249]

[249]

[249]

[250]

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Table des matières

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4.2.1.6 Les interactions impliquant les résidus I, C ou M... 124

4.2.1.7 Autres interactions thermostabilisantes ... 126

4.2.2 Les interactions mésostabilisantes... 126

4.2.2.1 Les interactions entre résidus polaires non-chargés... 127

4.2.2.2 Les interactions entre paires de résidus polaires non-chargés et chargés négativement .... 128

4.2.2.3 Les interactions entre résidus chargés négativement et la phénylalanine ... 129

4.2.2.4 Les interactions entre paires de résidus polaires non-chargés et résidus de petite taille ou aliphatiques... 129

4.2.2.5 Les interactions entre paires de résidus de petite taille ... 130

4.2.2.6 Les interactions entre la leucine et d’autres résidus... 131

4.3 Conclusions... 132

Analyse de la corrélation entre la thermostabilité et la thermophilicité des protéines Chapitre 5... 137

5.1 Corrélation entre la thermophilicité et la thermostabilité des protéines ... 138

5.2 Impact de l’approximation de la thermostabilité par la thermophilicité : T

env

= T

m

. 142 Elaboration d'approches de prédiction de la thermostabilité des protéines sur la base de potentiels statistiques Chapitre 6... 145

6.1 Prédiction de la thermostabilité de protéines homologues... 147

6.2 Prédiction des changements de thermostabilité de mutants ... 150

6.2.1 Méthodes... 150

6.2.2 Résultats ... 155

6.2.3 Comparaison avec les estimations obtenues à partir de prédictions des changements de stabilité thermodynamique ... 156

Conclusions générales et perspectives Chapitre 7... 159

7.1 Conclusions générales... 159

7.2 Perspectives ... 162

Bibliographie ... 165

Annexes Tableau A.1 – Liste des champs des différentes tables de notre base de données... 1

Tableau A.2 – Définition des champs repris dans les tables de notre base de données ... 3

Tableau A.3 – Liste des 166 protéines sauvages de BD

5

... 5

Tableau A.4 – Liste des 1601 et 829 mutants de BD

7

et BD

8

... 9

Tableau A.5 – Détails concernant toutes les interactions thermostabilisantes identifiées... 20

Tableau A.6 – Détails concernant toutes les interactions mésostabilisantes identifiées ... 22

Figures A.1-A.55 – Profils énergétiques des interactions thermostabilisantes ... 24

Figures A.56-A.88 – Profils énergétiques des interactions mésostabilisantes... 43

[251]

[252]

[250]

Figure

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Références

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