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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