Etude de l’interaction enzyme-substrat par modélisation moléculaire

Abstract

Toute vie dépend du bon fonctionnement d’une grande variété de catalyseurs organiques ou enzymes. Les structures biologiques correspondent à des fonctions bien définies et la vie d’un organisme dépend du rôle des structures biologiques, des membres aux divers organes, et jusqu’aux agents chimiques du métabolisme, comme les enzymes. Les enzymes ont fait l’objet de recherches intensives ayant permis de dévoiler les principes du fonctionnement cellulaire. Leur importance s’est encore accrue avec le lancement de projets de séquençage des génomes à grande échelle. De plus, leur intérêt va bien au delà de la collecte de connaissances fondamentales puisqu’elles trouvent des applications dans des domaines variés tant en biomédical (réactifs, kits de diagnostic, méthodes thérapeutiques) qu’industriel (mise en œuvre de technologies à base d’enzymes dans l’industrie agro-alimentaire). La caractéristique la plus évidente des organismes vivants est qu’ils sont complexes et extrêmement organisés. Par exemple, les organismes assez grands pour être visibles à l’œil nu sont formés de nombreuses cellules, le plus souvent de types différents. A leur tour, ces cellules contiennent des structures subcellulaires, qui sont des assemblages complexes de très grosses molécules. Ces macromolécules elles-mêmes ont un remarquable degré d’organisation avec une structure tridimensionnelle complexe, bien qu’elles soient constituées d’un petit nombre d’éléments chimiques comme les sucres et les acides aminés. En fait, la structure tridimensionnelle complexe caractéristique des macromolécules résulte des interactions entre ses constituants, en fonction de leurs propriétés chimiques individuelles. Le traitement informatique des processus enzymatiques s’est développé spectaculairement dans les deux dernières décennies. Bien que nous sommes loin de pouvoir exécuter des calculs quantitatifs avec précision, le graphisme moléculaire, la dynamique moléculaire et la mécanique quantique fournissent de nouvelles informations essentielles non disponibles par les expériences les plus sophistiquées. Mais la meilleure manière d’obtenir de bons aspects structuraux des processus enzymatiques est de combiner les méthodes expérimentales et informatiques. Bien que les données primaires soient obtenues par la cristallographie des rayons X ou par spectroscopie RMN, l’importance de cette tendance a été déjà soulignée il y a plus de vingt ans . Le développement rapide des ordinateurs et des méthodes informatiques permet d’étudier des systèmes entre 50-100 atomes par mécanique quantique et jusqu’à 50 000 atomes par mécanique moléculaire.