Monde de la physique : la mélodie des protéines

Il y a des protéines dans chaque cellule. Ils assument une grande variété de tâches dans le corps – depuis les hormones et les anticorps jusqu’au transport de l’oxygène jusqu’à la construction des muscles, de la peau et des cheveux. La structure tridimensionnelle des molécules complexes est au cœur de ces fonctions. Les scientifiques ont maintenant testé une manière très inhabituelle de mieux comprendre la dynamique rapide lors de la structuration des protéines : au lieu de les regarder dans une vidéo, comme auparavant, ils ont écouté la formation et la rupture des liaisons chimiques. Ils rapportent ce qu’ils ont entendu dans la revue « Proceedings of the National Academy of Sciences ».

Les protéines sont des molécules composées d’innombrables acides aminés assemblés en une structure tridimensionnelle complexe. Ce qui maintient les acides aminés et les autres composants ensemble, ce sont des liaisons chimiques, y compris ce qu’on appelle des liaisons hydrogène : elles maintiennent des parties de molécules ensemble parce qu’un atome d’hydrogène dans une molécule et les électrons libres dans l’autre molécule s’attirent. Les chercheurs qualifient de repliement le processus par lequel de telles liaisons sont créées et les protéines s’organisent dans leur structure – et il est si rapide et apparemment chaotique qu’ils ne l’ont pas encore complètement compris. Les liaisons chimiques se forment extrêmement rapidement : entre 70 nanosecondes et deux microsecondes.

Les chercheurs peuvent simuler ces restructurations rapides à l’aide de modèles informatiques et créer des vidéos à partir de ceux-ci. Mais il en résulte des séquences d’images difficilement traçables. Cependant, plusieurs études montrent que les gens perçoivent les petites différences dans les séquences sonores plus rapidement et mieux que les changements visibles dans les vidéos. Les chercheurs dirigés par Martin Gruebele de l’Université de l’Illinois ont profité précisément de cette haute sensibilité du sens de l’audition. Ils ont également utilisé l’ordinateur pour calculer la faiblesse des liaisons chimiques entre les acides aminés. Mais au lieu de créer une vidéo, ils ont attribué un son avec une hauteur différente à chaque manière dont les liens se forment. Pour ce faire, ils ont utilisé un logiciel spécial développé par la compositrice et développeur de logiciels Carla Scaletti.

La séquence de tonalités révèle des phases rapides et lentes

La séquence de tons qui en résulte est plus facile à comprendre que les visualisations. C’est pourquoi les chercheurs ont pu entendre plus facilement les répétitions de certains processus à partir de la « mélodie des protéines » : par exemple, ils ont pu distinguer les phases rapides et lentes dans la formation des liaisons hydrogène. Ils ont également reconnu qu’il ne s’agissait pas uniquement de liaisons hydrogène. entre les acides aminés eux-mêmes, mais aussi entre les acides aminés et les molécules d’eau environnantes jouent un rôle important.

Les processus de repliement des protéines ne peuvent pas encore être complètement compris et expliqués avec cette nouvelle approche. Cependant, la nouvelle méthode fournit des informations importantes pour mieux détecter, par exemple, un repliement incorrect des protéines, qui peut à son tour favoriser la maladie. Si ces plis indésirables sont mieux compris, des thérapies contre les maladies qu’ils provoquent pourraient peut-être être développées sur cette base à l’avenir. Il ne peut être exclu que des combinaisons de vidéos et de séquences sonores rendent encore plus compréhensibles les processus rapides de repliement des protéines. De plus, les méthodes d’intelligence artificielle pourraient aider les gens à reconnaître les modèles de ces dynamiques.