Reconnaissance moléculaire - Molecular recognition

Structure cristalline d'un peptide court L-Lys-D-Ala-D-Ala (précurseur de la paroi cellulaire bactérienne) lié à l'antibiotique vancomycine par liaisons hydrogène
Structure cristalline de deux acides isophtaliques liés à une molécule hôte par des liaisons hydrogène
Reconnaissance statique entre un seul invité et un seul site de liaison hôte. Dans la liaison de reconnaissance dynamique, le premier invité au premier site de liaison induit un changement de conformation qui affecte la constante d'association du deuxième invité au deuxième site de liaison. Dans ce cas, il s'agit d'un système allostérique positif.

Le terme de reconnaissance moléculaire se réfère à l'interaction spécifique entre deux ou plusieurs molécules à travers une liaison non covalente , tels que la liaison hydrogène , la coordination de métal , des forces hydrophobes , forces de van der Waals , les interactions pi-π , liaison par un atome d' halogène , ou l' interaction de résonance effets. En plus de ces interactions directes , les solvants peuvent jouer un rôle indirect dominant dans la reconnaissance moléculaire en solution. L' hôte et l'invité impliqués dans la reconnaissance moléculaire présentent une complémentarité moléculaire . Les exceptions sont les conteneurs moléculaires, y compris par exemple les nanotubes , dans lesquels les portails contrôlent essentiellement la sélectivité.

Systèmes biologiques

Un ribosome est une machine biologique qui utilise la dynamique des protéines à l' échelle nanométrique pour traduire l' ARN en protéines

La reconnaissance moléculaire joue un rôle important dans les systèmes biologiques et est observée entre récepteur-ligand, antigène - anticorps , ADN - protéine , sucre - lectine , ARN - ribosome , etc. Un exemple important de reconnaissance moléculaire est l' antibiotique vancomycine qui se lie sélectivement à les peptides avec la D-alanyl-D-alanine terminale dans les cellules bactériennes par le biais de cinq liaisons hydrogène. La vancomycine est mortelle pour les bactéries car une fois qu'elle s'est liée à ces peptides particuliers, ils ne peuvent pas être utilisés pour construire la paroi cellulaire de la bactérie .

Reconnaissance moléculaire synthétique

Des travaux récents suggèrent que les éléments de reconnaissance moléculaire peuvent être produits synthétiquement à l'échelle nanométrique, évitant ainsi le besoin d'éléments de reconnaissance moléculaire naturels pour le développement d'outils de détection pour les petites molécules. Les polymères biomimétiques tels que les peptoïdes peuvent être utilisés pour reconnaître des cibles biologiques plus grandes telles que les protéines et la conjugaison de polymères à des nanomatériaux fluorescents synthétiques peut générer des structures macromoléculaires synthétiques qui servent d'anticorps synthétiques pour la reconnaissance et la détection optiques de protéines.

Systèmes supramoléculaires

Les chimistes ont démontré que de nombreux systèmes supramoléculaires artificiels peuvent être conçus pour présenter une reconnaissance moléculaire. L'un des premiers exemples d'un tel système sont les éthers couronnes qui sont capables de lier sélectivement des cations spécifiques. Cependant, un certain nombre de systèmes artificiels ont depuis été mis en place.

Statique vs dynamique

La reconnaissance moléculaire peut être subdivisée en reconnaissance moléculaire statique et reconnaissance moléculaire dynamique . La reconnaissance moléculaire statique est assimilée à l'interaction entre une clé et un trou de serrure ; il s'agit d'une réaction de complexation de type 1:1 entre une molécule hôte et une molécule invitée pour former un complexe hôte-invité . Pour obtenir une reconnaissance moléculaire statique avancée, il est nécessaire de créer des sites de reconnaissance spécifiques aux molécules invitées.

Dans le cas de la reconnaissance moléculaire dynamique, la liaison du premier invité au premier site de liaison d'un hôte affecte la constante d'association d'un deuxième invité avec un deuxième site de liaison. conduisant à la coopérativité de la liaison. Dans le cas des systèmes allostériques positifs, la liaison du premier invité augmente la constante d'association du deuxième invité. Alors que pour les systèmes allostériques négatifs, la liaison du premier invité diminue la constante d'association avec le second. La nature dynamique de ce type de reconnaissance moléculaire est particulièrement importante car elle fournit un mécanisme pour réguler la liaison dans les systèmes biologiques. La reconnaissance moléculaire dynamique peut améliorer la capacité à discriminer entre plusieurs cibles concurrentes via le mécanisme de relecture conformationnelle . La reconnaissance moléculaire dynamique est également à l'étude pour une application dans des capteurs chimiques hautement fonctionnels et des dispositifs moléculaires .

Complexité

Une étude récente basée sur des simulations moléculaires et des constantes de conformité décrit la reconnaissance moléculaire comme un phénomène d'organisation. Même pour les petites molécules comme les glucides, le processus de reconnaissance ne peut pas être prédit ou conçu, même en supposant que la force de chaque liaison hydrogène individuelle est connue avec précision. Cependant, comme Mobley et al. En conclusion, la prédiction précise des événements de reconnaissance moléculaire doit aller au-delà de l'instantané statique d'une seule image entre l'invité et l'hôte. Les entropies sont des contributeurs clés à la thermodynamique de liaison et doivent être prises en compte afin de prédire avec plus de précision le processus de reconnaissance. Les entropies sont rarement observables dans les structures à liaison unique (instantané statique).

Complémentation intragénique

Jehle a souligné que, lorsqu'elles sont immergées dans un liquide et mélangées à d'autres molécules, les forces de fluctuation de charge favorisent l'association de molécules identiques en tant que voisines les plus proches. En accord avec ce principe, les multiples copies d'un polypeptide codé par un gène subissent souvent une reconnaissance moléculaire les unes avec les autres pour former une structure protéique multi-polypeptide ordonnée. Lorsqu'une telle protéine est formée à partir de polypeptides produits par deux allèles mutants différents d'un gène particulier, la protéine composée d'un mélange de polypeptides peut présenter une activité fonctionnelle plus importante que la protéine multi-polypeptide formée par chacun des mutants seul. Dans un tel cas, le phénomène est appelé complémentation intragénique .

La complémentation intragénique (également appelée complémentation inter-allélique) a été démontrée dans de nombreux gènes différents dans une variété d'organismes. Crick et Orgel ont analysé les résultats de ces études et sont arrivés à la conclusion que la complémentation intragénique, en général, résulte de l'interaction de monomères polypeptidiques différemment défectueux lorsqu'ils forment un agrégat ordonné qu'ils ont appelé un « multimère ».

Voir également

Les références

Liens externes