jeudi 7 avril 2016

Complexes macromoléculaires

Les complexes macromoléculaires sont des machines cellulaires qui effectuent un large éventail de tâches vitales. Comprendre leur structure est cruciale pour comprendre leur fonction, et de faire la lumière sur la façon dont les fonctions cellulaires dans la santé et la maladie. Les techniques actuelles offrent un aperçu dans la structure de ces machines, mais des méthodes nouvelles et plus puissantes sont nécessaires pour les élucider pleinement.
Les complexes macromoléculaires sont des machines d'origine naturelle à l'intérieur des cellules. Ils se composent d'une poignée à plusieurs milliers de composants individuels, y compris les protéines, l'ADN, des glucides et des lipides, et effectuer des tâches diverses et vitales, telles que la traduction du code génétique, la conversion de l'énergie ou en aidant les cellules nerveuses de communiquer.
LA JONCTION DE LA VIE
Certains complexes bien connus aident à réguler l'expression des gènes via des effets sur l'ARN et des protéines. Splicéosome , par exemple, élimine les extraits non codant une protéine à partir d’ARN nouvellement formé, puis relie les fragments restants pour former un ARN messager fonctionnel (ARNm) qui peut être convertie en protéine.
Le complexe nucléaire à pores - une des plus grandes machines moléculaires - chevauche la membrane nucléaire, le contrôle de la sortie de l’ARN et l'entrée d'autres molécules, y compris des protéines et des molécules de signalisation .
Le ribosome se lie à et se déplace le long de la matrice d' ARNm, en lisant son information génétique et la préparation de la séquence d'acides aminés correspondante, qui elle coud ensuite ensemble pour les protéines. ARN indésirable est décomposé par un autre complexe macromoléculaire, la exosomes ), et les protéines indésirables sont recyclés par le protéasome.
Un groupe intéressant de complexes macromoléculaires existent dans la membrane bicouche lipidique qui entoure la cellule et de ses compartiments internes. Des complexes membranaires photosynthétiques peuvent être trouvés dans les chloroplastes des plantes et des membranes bactériennes. Ils convertissent l’énergie solaire en énergie chimique, qui peut être utilisé pour fabriquer des composés organiques - les blocs constitutifs de la vie.
Un autre groupe, qui se trouve dans la membrane plasmique des bactéries et la membrane mitochondriale des cellules eucaryotes, des extraits d'énergie de la respiration cellulaire. Pendant ce processus, les électrons sont transférés à partir de substrats organiques à l'oxygène moléculaire, la génération d'un gradient de protons à travers la membrane, ce qui à son tour aide le complexe macromoléculaire de l'ATP synthase pour produire de l'énergie chimique, la fourniture de cellules animales avec l'énergie pour vivre.
CONCEPTION BRILLANT
La cristallographie aux rayons X a révélé la composition atomique de plusieurs complexes stables et nombreux, tels que le ribosome, photosynthétique et des complexes de la chaîne respiratoire et le protéasome.
Par exemple, le ribosome 3 , 4 est organisé en deux sous - unités qui se rejoignent pour lire l' ARNm et ensuite divisé après que la protéine est faite. Le protéasome de type cylindre est constitué de quatre anneaux empilés autour d'un noyau central bordé par des enzymes dégradant les protéines. ATP synthase est comme un moteur rotatif actionné par le flux de protons le long de la membrane 
Une compréhension détaillée de la structure de ces machines est une condition préalable à l'élucidation de leur fonction; cependant, la grande taille, la fragilité et la rareté de certains complexes signifie que haute résolution des informations structurelles peut être difficile à trouver. Ceci est rendu plus difficile par le fait que de nombreux complexes macromoléculaires changent de forme comme ils exécutent.
La compréhension de la structure et du fonctionnement de ces machines complexes est essentielle à la compréhension de la cellule, ainsi que certains processus pathologiques. Par exemple, la dysfonction mitochondriale associée à certains troubles neurodégénératifs tels que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson, pourrait refléter une répartition de l'organisation de la membrane.
POUR NE PAS CHAOS
Il est de plus en plus clair que les complexes macromoléculaires fonctionnent, de façon coordonnée contrôlée dans l'environnement hautement ordonné de la cellule. Chaque complexe macromoléculaire occupe une position particulière, avec la fonction de l'emplacement et le nombre de copies d'influence. Il a récemment été montré, par exemple, que l’ATP synthase mitochondriale n’est pas répartie au hasard à travers la membrane, mais elle est disposée dans de longues rangées de dimères complexes qui influencent la courbure locale de la membrane .
>> Complexes macromoléculaires opèrent de manière coordonnée contrôlée dans l'environnement hautement ordonné de la cellule. Chaque complexe macromoléculaire occupe une position particulière, avec la fonction de l’emplacement et le nombre de copies d’influence.
L’enquête sur ces interactions et processus est un domaine prometteur mais relativement inexploré qui offre des possibilités dans la plupart des domaines de la chimie, physique, ingénierie et sciences de la vie. Les estimations du nombre et de l'emplacement de ces complexes macromoléculaires viennent maintenant dans le foyer.
De nombreuses questions et défis pratiques demeurent. Obtenir des quantités suffisantes de complexes macromoléculaires, fonctionnels purs pour l'analyse biochimique et structurale est difficile. Les composants moléculaires exacts de la plupart des grands complexes restent un mystère, tout comme leur distribution, la nature dynamique et la capacité d'auto-assembler. De plus, on ne sait pas comment ces machines interagissent et fonctionnent dans le contexte plus large de la cellule.
Les réponses à ces problèmes contribueront à placer les processus cellulaires essentiels sur une base quantitative; Cependant, les méthodes les plus puissants sont nécessaires pour bien comprendre la structure et le fonctionnement des complexes macromoléculaires.
La spectrométrie de masse peut révéler la composition moléculaire de certains ensembles, y compris des complexes de protéines de membrane, allant jusqu'à plusieurs centaines de milliers d'atomes. Des techniques plus sensibles pour la solution et la résonance magnétique nucléaire à l'état solide sont nécessaires pour révéler des informations détaillées sur la structure et la dynamique des encore plus complexes. Le synchrotron récemment achevé haute brillance PETRA III à Hambourg, en Allemagne, va permettre aux petits cristaux de grands assemblages à mesurer avec plus de précision. Le nouveau laser à électrons libres sur le même site, qui doit entrer en ligne en 2013, pourrait permettre aux chercheurs d'examiner la structure des grands complexes macromoléculaires, non-cristallins à impulsions de rayons X unique, ultra-courtes mais extrêmement puissants.
Une nouvelle génération de microscopes électroniques, fonctionnant à une résolution quasi atomique, fournira une vue détaillée des grands complexes, non-cristallins tels que les virus. En combinaison avec des plaques de phase onde de modification et de nouveaux détecteurs d'électrons directs, ils vont livrer des images de haute qualité de complexes macromoléculaires individuels.
La possibilité de marquer des protéines clés avec des étiquettes fluorescentes et les visualiser par microscopie optique, couplé avec les vues en trois dimensions détaillées obtenues par tomographie électronique, il sera plus facile d'étudier le fonctionnement des complexes dans les régions cellulaires spécifiques, tels que la synapse. Des modèles avec des ordinateurs toujours plus puissants permettront d'améliorer et d'étendre les études structurales.
REGARDER VERS L'AVANT
L'étude des complexes macromoléculaires exige de nouvelles techniques et une approche transdisciplinaire. Les connaissances acquises aider à révéler le fonctionnement de ces machines les plus complexes et les plus complexes en matière de santé et de la maladie. Notre compréhension détaillée du ribosome, par exemple, signifie qu'il est maintenant possible de concevoir des antimicrobiens ayant des propriétés améliorées aux antibiotiques. Comme tant de machines, ces complexes macromoléculaires ne sont pas parfaits, donc une compréhension globale de la façon dont ils contribuent à la maladie aidera également la conception et le développement de nouvelles thérapies.