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Etude Structurale et Dynamique de Solutions de Sucre Confinées

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par Gérald LELONG
Université d'Orléans - Thèse 2007
  

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1.4.1.2. L'exclusion préférentielle

Des solutés, comme les polyols ou les oligosaccharides, sont présents en quantité importante dans les liquides membranaires. Bien que ces composés diffèrent de manière importante du point de vue chimique, toutes ces molécules présentent la particularité d'être exclues de la surface des protéines: ce phénomène est appelé l'exclusion préférentielle.4,50 Cette interaction étant thermodynamiquement défavorable, la surface de la protéine en contact avec les solutés va donc tendre à être minimale afin de réduire l'énergie totale du système. En d'autres termes, le phénomène de déshydratation va d'abord «toucher» les sphères d'hydratation des solutés avant de «toucher» celles de la protéine. Par voie de conséquence, la protéine, dans sa forme repliée ou native, restera hydratée malgré la perte en eau. En revanche, si les solutés présentaient un effet d'hydratation préférentielle, les molécules de soluté iraient préférentiellement se lier aux protéines. Ce phénomène étant favorisé thermodynamiquement, les protéines tendraient à se déployer pour augmenter leur

surface en interaction avec le soluté. Ce déploiement a pour conséquence de dénaturer les protéines. Il faut garder en tête que ces deux phénomènes peuvent se dérouler simultanément et que leurs effets s'additionnent, créant ainsi un équilibre dynamique exclusion préférentielle / hydratation préférentielle en compétition permanente (Figure 7).

Figure 7 : Mécanismes de stabilisation des protéines à différents niveaux de déshydratation. (a) La cellule est complètement hydratée, la forme native de la protéine (N) est thermodynamiquement favorable. (b) l'absence de solutés compatibles (comme les sucres par exemple) fait que l'hydratation préférentielle domine le phénomène d'exclusion préférentielle, entraînant la formation de liaisons entre les composés dénaturants et la protéine. La protéine se déploie et finit par se dénaturer (D). (c) L'exclusion prédomine sur l'hydratation, les solutés sont exclus de la surface de la protéine, entraînant sa stabilisation dans son état natif. 4

Le phénomène d'exclusion préférentielle reste le principal mécanisme de protection des macromolécules dans le cas d'une perte en eau d'hydratation modérée. Cependant, ce mécanisme ne peut expliquer à lui seul les mécanismes à l'origine de la protection membranaire obtenue pour de plus importantes déshydratations, et d'autres théories doivent rentrer en considération.

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