Une nouvelle méthode pour "photographier" des enzymes
Si un extraterrestre voyait la photo d’une paire de ciseaux pour la première fois dans un catalogue de fournitures d’artisanat, il n’aurait probablement aucune idée de la raison pour laquelle nous, les Terriens, l’utilisons. Si, au contraire, on lui montrait une vidéo dans laquelle les ciseaux s’ouvraient et se fermaient, il pourrait peut-être en déduire leur fonction avec un peu d’imagination.
Une méthode pour mieux comprendre le rôle des enzymes
Des scientifiques ont une approche très similaire lorsqu’ils veulent comprendre le fonctionnement d’une enzyme: s’ils connaissent la structure de la molécule, ils ne possèdent généralement qu’une image fixe. Ils ne savent pas comment l’enzyme se comporte, quelles sont les parties qui se rapprochent les unes des autres et celles qui s’éloignent.
Les enzymes catalysent certaines réactions chimiques dans les cellules, comparables aux ciseaux qui coupent le papier. Ils ont des centres catalytiques (les lames) qui entrent en contact avec le matériau de départ (le papier). «La forme tridimensionnelle de l’enzyme change généralement au cours de ce processus», explique le professeur Olav Schiemann de l’Institut de chimie et théorique de l’Université de Bonn. «Normalement, ces changements ne peuvent être rendus visibles, ou seulement avec un effort considérable. Cela rend souvent difficile la compréhension du mécanisme de la catalyse – ou d’accélérateur. »
Le groupe de recherche de Schiemann a réussi à mettre au point une méthode permettant de mesurer les mouvements de parties de l’enzyme les unes contre les autres au cours de la catalyse. Les scientifiques de Bonn travaillent sur ces méthodes avec beaucoup de succès depuis plusieurs années.
Dans leur étude actuelle, ils ont examiné un groupe d’enzymes particulièrement important. Ceux-ci portent des ions métalliques avec de nombreux électrons non appariés dans leurs centres catalytiques. L’hémoglobine en est un exemple. Elle se lie à l’oxygène à l’aide d’un ion de fer et peut ainsi être transportée dans le sang.
Les ions à spin élevé se comportent comme de petits électroaimants
«Nos méthodes actuelles ne conviennent pas à de tels ions à spin élevé. Nous avons donc développé une nouvelle méthode, élaboré la théorie et testé avec succès.», explique Dinar Abdullin. Les chercheurs ont mis à profit le fait que les ions à spin élevé se comportaient comme de petits électroaimants. En outre, ils peuvent modifier leur polarité au hasard – ils «basculent»: le pôle Nord devient le pôle Sud et le pôle Sud devient le pôle Nord.
Les scientifiques lient l’enzyme à certains composés chimiques qui possèdent également des propriétés électromagnétiques. «Lorsque les ions à spin élevé basculent, ces petits électroaimants réagissent au changement de champ magnétique dans leur environnement en modifiant également leur polarité», explique Abdullin. Cela dépend, entre autres, de la distance qui les sépare de l’ion à spin élevé. Cela permet de déterminer la distance entre les deux de manière très précise.
Si plusieurs groupes magnétiques sont liés à une enzyme, la distance entre chacun de ces groupes à l’ion à spin élevé et donc au centre catalytique est obtenue. «En combinant ces valeurs, nous pouvons mesurer la position spatiale de ce centre, comme si nous utilisions un GPS moléculaire», explique Schiemann. « Par exemple, nous pouvons déterminer comment sa position change par rapport aux autres groupes magnétiques au cours de la catalyse. »
Cependant, les scientifiques ne sont pas encore en mesure de surveiller réellement l’enzyme au travail. «Nous travaillons toujours avec des cellules congelées», explique Schiemann. «Celles-ci contiennent de nombreuses enzymes qui ont été congelées à différents moments de la réaction catalytique. Nous n’obtenons donc pas un film, mais une série de «photos», comme si les ciseaux de l’exemple susmentionné avaient été photographiés à d’innombrables moments.
Mieux comprendre les enzymes impliquées dans certaines maladies
«Mais nous travaillons déjà sur la prochaine génération de notre méthode», souligne le chimiste: «la mesure spatiale des biomolécules dans les cellules et à la température ambiante». Le but de cette recherche, ultimement, est d’avoir une idée du développement de certaines maladies provoquées par des troubles fonctionnels de certaines enzymes.
Si l’équipe arrive à améliorer leur méthode, cela signifie qu’ils pourront mieux comprendre plusieurs maladies où les enzymes jouent un rôle important comme une mauvaise digestion (amylases, peptidases et cellulase), des maladies du foie ( alpha 1-antitrypsine – qui est un inhibiteur de l’enzyme élastase, qui peut causer une cirrhose, si elle n’est pas inhibée), et plusieurs autres maladies.
Cette recherche a été publiée dans Chemistry.
Source : Universität Bonn
Crédit photo : Pixabay