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RÉSUMÉ
Très abondante chez tous les organismes, les protéines sont des constituants indispensables à la vie, ce sont des macromolécules naturelles qui possèdent de nombreuses fonctions et d’étonnantes propriétés. Cet article décrit la création par évolution dirigée de biomolécules reconnaissant des nano-objets. Les protéines sont définies comme les réelles actrices moléculaires du vivant. L’évolution dirigée de ces molécules et des peptides est analysée : liaison de chaque protéine à son gène, accélération de l’évolution, etc. Pour terminer, une étude des polypeptides spécifiques de matériaux non biologiques (créés par évolution dirigée) est proposée.
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INTRODUCTION
Les protéines sont les acteurs moléculaires universels du vivant. Ces macromolécules naturelles sont douées de fonctions aussi variées que sophistiquées. On comprend mieux aujourd'hui comment elles sont organisées et d'où viennent leurs étonnantes propriétés. Les chercheurs parviennent désormais à reconstituer artificiellement des processus d'évolution moléculaire et arrivent ainsi à faire émerger de nouvelles biomolécules, protéines ou peptides, capables d'interagir spécifiquement avec des matériaux et des nano-objets. Ces nouvelles molécules s'autoassemblent avec leur surface cible. Elles peuvent être combinées et servir d'interface entre nano-objets ou encore d'interface entre nano-objet et biomolécules. Enfin, il est possible d'exploiter la forme des biomolécules pour contrôler la morphogenèse de nano-objets tels que des nanoparticules ou des nanofils.
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1. Les protéines : les acteurs moléculaires du vivant
Philippe Minard est Professeur de l’Université Paris Sud (Orsay)
Michel Desmadril est Directeur de Recherches CNRS
Tous deux font partie de l’Équipe Modélisation et Ingénierie des Protéines, IBBMC, UMR 8619 Université Paris Sud, CNRS
Les protéines sont très abondantes chez tous les organismes et, en fait, sont des constituants indispensables à la vie. Elles possèdent une gamme très étendue de fonctions. Peut-être l'une des plus connues est leur capacité à catalyser des réactions chimiques : la plupart des réactions chimiques qui ont lieu dans un système biologique sont catalysées par des enzymes, qui sont des protéines. Les réactions catalysées peuvent correspondre soit à des systèmes très simples comme l'hydratation du dioxyde de carbone, soit à des modifications chimiques de petites molécules organiques, voire à des transformations complexes de macromolécules ou bien encore à des réactions correspondant à un travail mécanique. Les enzymes sont donc des constituants centraux de la machinerie cellulaire. Par rapport à d'autres catalyseurs « classiques » bien connus des chimistes, ils possèdent deux propriétés qui les rendent extrêmement intéressants pour des applications industrielles. Tout d'abord, ils sont très spécifiques, leur spécificité permettant par exemple de « reconnaître » un stéréoisomère d'une molécule complexe parmi tous les autres possibles pour cette molécule. Par ailleurs, ils sont très efficaces : les vitesses des réactions qu'ils catalysent sont généralement accélérées d'un facteur d'au moins 106.
Mais les protéines ont beaucoup d'autres fonctions. Certaines stockent des ions, de petites molécules : par exemple, la ferritine stocke le fer dans le foie. Les protéines sont aussi impliquées dans le transport de particules, allant de l'électron à des macromolécules: l'hémoglobine transporte l'oxygène des poumons vers les tissus et joue également un rôle important dans le transport du CO2 . Les protéines sont impliquées dans la transmission de l'influx nerveux et jouent le rôle de récepteur de petites molécules à la jonction des terminaisons nerveuses. Par ailleurs, le système immunitaire repose de façon essentielle sur des protéines : les anticorps sont des protéines qui reconnaissent,...
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BIBLIOGRAPHIE
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