Structure des protéines par RMN

Les protéines sont des polypeptides, formés à partir des vingt acides aminés naturels. Il existe deux types de conformation locale de la chaîne polypeptidique : une forme où le squelette est replié en hélice ( hélice $\alpha$ ), et une forme où le squelette est replié de manière à former une surface plus ou moins plane (plissée) ( feuillet $\beta$ ).

La résonance magnétique nucléaire (RMN) des protéines étudie principalement le repliement de la chaîne polypeptidique dans l’espace. En cela, elle diffère essentiellement de la RMN pratiquée sur des molécules organiques, qui doit déterminer le graphe des liaisons covalentes. Une caractéristique importante des spectres RMN de protéines est leur extrême complexité, due au grand nombre de noyaux observables dans l’échantillon. Les différentes étapes de la détermination de structure de protéine par RMN sont : la préparation de l’échantillon, l’acquisition et le traitement du signal RMN produit par les noyaux observés, l’analyse et l’attribution des spectres, le calcul des coordonnées des atomes à partir des paramètres mesurés sur les spectres RMN.

L’étude d’une protéine peut se faire par RMN homonucléaire ou hétéronucléaire , suivant que l’on observe les noyaux protons seuls ou avec les noyaux carbones et /ou azotes. Les expériences RMN permettent l’observation des couplages scalaires et dipolaires entre spins. L’observation du transfert d’aimantation, par couplage dipolaire, produit des effets Overhauser nucléaires (nOe) entre noyaux situés à moins de 5 Å l’un de l’autre, et permet l’estimation des distances entre les noyaux observés. Mais la RMN homonucléaire présente certaines limitations pour l’étude des protéines en solution, à cause du taux de superposition des pics sur les spectres et du mauvais transfert d’aimantation entre protons par couplage scalaire. Ces problèmes, qui rendaient difficile l’utilisation de la RMN pour l’étude de protéines de taille supérieure à cent résidus, ont été réduits par l’utilisation des propriétés RMN de noyaux autres que le proton. En effet, des noyaux différents résonnent dans des gammes de fréquences différentes, ce qui permet de résoudre les superpositions de déplacements chimiques. De plus, les constantes de couplage hétéronucléaires améliorent la sensibilité du couplage scalaire.

L’attribution par RMN hétéronucléaire peut s’effectuer...