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La tyrosine est-elle hydrophobe ou hydrophile ?


J'ai vu la tyrosine classée comme acide aminé hydrophobe en raison de son cycle aromatique dans certains manuels et comme hydrophile en raison de son groupe hydroxyle dans d'autres manuels. Comment la tyrosine fonctionne-t-elle réellement dans un peptide dans des conditions physiologiques (milieu polaire aqueux et pH~7) ?


La réponse à cette question émerge d'un examen de la structure de la tyrosine - ou, plus strictement, du résidu tyrosyle, c'est ainsi qu'il existe dans les protéines, l'objet de la question :

Il présente à la fois des caractéristiques hydrophobes et hydrophiles et peut présenter les deux comportements selon les circonstances.

Le cycle est aromatique et hydrophobe, mais le substituant hydroxyle est hydrophile.

Il est important de ne pas essayer de ranger les choses dans des classifications rigides qui pourraient ne pas leur convenir. En effet, il faut se demander quelle est l'utilité d'une classification particulière en toute circonstance, et être conscient de ses limites.

L'illustration classique de l'importance de ces propriétés doubles de la tyrosine se trouve dans la description par Perutz des différences entre les structures oxy- et désoxy- de l'hémoglobine, où l'oxygénation de l'hème provoque le mouvement de la tyrosine de l'intérieur hydrophobe de la protéine vers la partie hydrophile. surface. Ce mouvement est associé à la rupture des liaisons ioniques entre les sous-unités dans le changement global de structure quaternaire :

(Il s'agit d'une version modifiée de la Fig. 3 de l'original, produit il y a de nombreuses années à des fins pédagogiques. La ligne ondulée est une représentation de bande dessinée de la chaîne polypeptidique de la sous-unité de l'hémoglobine entre His-F8 et l'Arg C-terminal Pour plus de clarté, la région précédente n'est pas représentée mais sa continuation est indiquée par une tête de flèche.)


La tyrosine (Tyr ou Y, 4-hydroxyphénilanine) est généralement appelée acide aminé polaire en raison de son groupe hydroxyle (polaire plutôt hydrophile), mais il y a un problème avec le cycle benzénique et l'empilement des interactions pi-pi.


Tant d'auteurs ont juste mis cet aa au "milieu". Mais l'autre partie de votre question est beaucoup plus compliquée.


Tout d'abord, vous devez savoir que les acides aminés peuvent se comporter comme des zwitterionts. Fondamentalement, il s'agit de l'état où sont définis les groupes amino et les groupes karboxyle dans l'égalité des acides aminés. Cet état décrit le point isoélectrique qui est la valeur Ph où est l'acide aminé présent sous forme d'ion zwitter. Le point isoélectrique de Tyr est de 5,66 Ph. Donc, en 7 Ph, il sera de toute façon chargé.


Résumé rapide de la chimie : la tyrosine est un acide aminé polaire qui est hydrophile ou hydrophobe dans certaines conditions.


Pour une utilisation biologique, la tyrosine est une bonne adepte de la phosphorylation et d'autres modifications du groupe -OH sur le cycle benzénique C4. Mais fondamentalement, c'est aux circonstances comment se comportera le tyrisyl dans les peptides.


Tyrosine sulfatation

Fonction physiologique et pertinence médicale

Pour la plupart des protéines tyrosine-sulfatées, la fonction physiologique de cette modification post-traductionnelle est actuellement inconnue. En ce qui concerne les cas dans lesquels le rôle biologique de la tyrosine sulfatation d'une protéine particulière a été élucidé, le dénominateur commun est apparu que la tyrosine sulfatation favorise les interactions extracellulaires protéine-protéine. Conformément à l'identification de nombreuses protéines sécrétoires et membranaires plasmiques sulfatées par la tyrosine, il existe des exemples paradigmatiques montrant que la sulfatation de la tyrosine favorise l'interaction entre (1) une protéine sécrétoire et une protéine membranaire plasmique, (2) deux protéines sécrétoires, ou (3) deux protéines de la membrane plasmique ( Figure 1(c) ).

Le peptide régulateur cholécystokinine est un exemple classique où la sulfatation de la tyrosine d'une protéine sécrétoire favorise considérablement son interaction avec une protéine de la membrane plasmique, c'est-à-dire son récepteur de surface cellulaire. Ainsi, la cholécystokinine sulfatée est 260 fois plus puissante que sa forme non sulfatée. Parmi les nombreux exemples de tyrosine sulfatation favorisant l'interaction entre deux protéines sécrétoires, le cas de la liaison du facteur VIII de coagulation sanguine tyrosine sulfaté au facteur von Willebrand est particulièrement intrigant, car il documente également la pertinence médicale de cette modification post-traductionnelle. Les humains présentant une mutation du résidu tyrosine critique du facteur VIII sulfaté et impliqué dans sa liaison au facteur von Willebrand sont atteints d'hémophilie A.

Un exemple de sulfatation de la tyrosine favorisant l'interaction entre deux protéines de la membrane plasmique est le rôle important de cette modification post-traductionnelle pour la liaison de haute affinité du ligand glycoprotéine P-sélectine associé aux leucocytes (PSGL)-1 à la P-sélectine sur les cellules endothéliales activées. Cette interaction cruciale initie l'adhésion des leucocytes à la paroi vasculaire au cours de l'inflammation. La sulfatation de la tyrosine se produit également dans les récepteurs de chimiokine à sept segments transmembranaires, par exemple, CCR5. Dans des conditions physiologiques, ces protéines membranaires plasmiques jouent un rôle central dans la voie de signalisation des chimiokines via les protéines G. Remarquablement, les virus de l'immunodéficience humaine et simienne utilisent le CCR5 comme co-récepteur, avec le CD4, pour médier leur attachement à la membrane de la cellule hôte. Plus précisément, la sulfatation des résidus tyrosine dans le domaine N-terminal du CCR5 s'est avérée critique pour l'interaction de cette protéine avec la glycoprotéine gp120 de l'enveloppe du virus de l'immunodéficience humaine (VIH), conduisant à l'infection par le VIH. Ainsi, la conception de concurrents peptidiques tyrosine-sulfatés – imitant les sites de liaison gp120 du VIH – pourrait s'avérer être la base de nouveaux composés thérapeutiques qui bloqueront l'entrée cellulaire du VIH. Ces exemples mettent en évidence la pertinence médicale de la sulfatation de la protéine tyrosine.


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La tyrosine est-elle hydrophobe ou hydrophile ? - La biologie

Un ligand se lie à son récepteur par un certain nombre de liaisons non covalentes faibles spécifiques en s'insérant dans un site de liaison spécifique ou "poche".
Dans des situations où même de faibles concentrations d'un ligand entraîneront la liaison de la plupart des récepteurs apparentés, l'affinité du récepteur est considérée comme élevée.
Une faible affinité pour le récepteur se produit lorsqu'une concentration élevée du ligand est requise pour que la plupart des récepteurs soient occupés.
La constante de dissociation (Kd,) est la concentration de ligand requise pour occuper la moitié du total des récepteurs disponibles.
Cette mesure de l'affinité pour le récepteur est souvent dans la plage de 10-4 à 10-9 mM.

Avec une exposition prolongée à un ligand (et l'occupation du récepteur), les cellules deviennent souvent désensibilisées.
La désensibilisation de la cellule à un ligand dépend de la régulation négative du récepteur soit par
1) élimination du récepteur de la surface cellulaire (endocytose médiée par le récepteur) ou
2) des altérations du récepteur qui diminuent l'affinité pour le ligand ou qui le rendent incapable d'initier les modifications de la fonction cellulaire (telles que la phosphorylation).
La désensibilisation peut entraîner une tolérance, phénomène qui se traduit par la perte d'efficacité médicinale de certains médicaments sur-prescrits.
La liaison aux récepteurs active une séquence « préprogrammée » d'événements de transduction de signaux qui utilisent des processus cellulaires auparavant dormants.

Protéines G

Les protéines G liées au GTP sont actives, celles liées au GDP ne le sont pas.
Les deux classes de protéines G sont les grandes protéines G hétérotrimériques et les petites protéines G monomères.
Dans les protéines G hétérotrimériques (G alpha, bêta, gamma), lorsqu'un messager se lie au récepteur lié à la protéine G, le récepteur change de conformation pour permettre l'association de la protéine G trimérique avec le récepteur.
La sous-unité G-alpha se lie au nucléotide guanine (GDP ou GTP).
Cette interaction amène la sous-unité G alpha à libérer le GDP, à récupérer un GTP et à se détacher du complexe.
Selon la protéine G en question, le complexe GTP-G alpha, le complexe G bêta-G gamma ou les deux se lient à la ou aux protéines cibles.
Le G alpha restera un messager activateur jusqu'à ce que le GTP soit hydrolysé par la sous-unité G alpha (GTP -> GDP +Pi).
Le GDP-G alpha "inactif" se réassociera ensuite au complexe G-beta:G-gamma pour rapidement désactiver cette voie lorsque le signal de stimulation d'origine est supprimé.

Un grand nombre de protéines G offrent une diversité pour les événements de transduction de signal.
Certains se lient aux canaux ioniques potassium ou calcium dans les neurotransmetteurs.
Certaines activent des kinases (enzymes qui phosphorylent).
Certains provoquent soit la libération soit la formation de seconds messagers majeurs tels que l'AMP cyclique (AMPc) et les ions calcium.

L'AMP cyclique est un second messager utilisé par une classe majeure de protéines G.
L'AMP cyclique (AMPc) est généré par l'adénylyl cyclase qui est incorporée dans la membrane plasmique avec l'activité enzymatique dans le cytoplasme.
L'adénylylcyclase est activée en liant une sous-unité alpha activée de la protéine Gs G (GTP-Gs).
La phosphodiestérase dégrade continuellement l'AMPc, donc en l'absence du ligand et de la protéine G active, les niveaux d'AMPc sont réduits.
La protéine kinase A (PKA), une kinase dépendante de l'AMPc, est la principale cible intracellulaire de l'AMPc.
La PKA phosphoryle un certain nombre de protéines qui portent le court tronçon clé d'acides aminés, le site de phosphorylation de la PKA (site PKA PO4).
La PKA transfère un phosphate de l'ATP vers une sérine ou une thréonine dans le site PKA PO4.
L'AMPc active les sous-unités catalytiques en provoquant la libération des sous-unités régulatrices négatives.

La perturbation de la signalisation de la protéine G provoque plusieurs maladies humaines.
Vibrio cholerae (provoque le choléra) sécrète la toxine cholérique qui altère le sel et le liquide dans l'intestin normalement contrôlés par des hormones qui activent la protéine G Gs pour augmenter l'AMPc.
La toxine cholérique modifie enzymatiquement le Gs de sorte qu'elle est incapable de convertir le GTP en GDP.
Le Gs ne peut alors pas être inactivé et les niveaux d'AMPc restent élevés, provoquant la sécrétion de sel et d'eau par les cellules intestinales.
Finalement, la déshydratation peut entraîner la mort (choléra).

De nombreuses protéines G utilisent l'inositol triphosphate et le diacylglycérol comme seconds messagers des récepteurs liés aux protéines G.
La protéine Gp G est activée par un ligand liant son récepteur lié à la protéine G pour activer la phospholipase C.
Le phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2) est clivé par la phospholipase C en deux molécules d'inositol-1,4,5-triphosphate cytosolique (InsP3) et de diacylglycérol membranaire (DAG).
Le récepteur InsP3, un canal calcique ligand-dépendant dans le réticulum endoplasmique, se lie à l'InsP3 et les ions calcium sont libérés dans le cytosol.
Le calcium se lie à une protéine connue sous le nom de calmoduline, et le complexe Ca-calmoduline agit pour activer un certain nombre de processus.
Le DAG reste lié à la membrane et active la protéine kinase C (PKC).

Le calcium comme signal

Bien que d'autres protéines se lient au calcium pour contrôler l'activité, la liaison le plus souvent à la protéine calmoduline, pour former un complexe calcium-calmoduline, est une étape intermédiaire.
Lorsque des ions calcium sont présents, deux se lient à chaque extrémité globulaire (4 au total), la région du bras hélicoïdal change alors de conformation (le complexe actif) puis s'enroule autour du
site de liaison à la calmoduline des protéines cibles.
Ce sont souvent des protéines kinases et des protéines phosphatases qui varient en fonction de la cellule cible (des cellules différentes ont des réponses différentes).

La fécondation des œufs d'animaux révèle un exemple important de transduction du signal médiée par le calcium après une interaction récepteur-ligand.
Initialement, le sperme se lie à la surface de l'ovule au niveau de la membrane et dans les 30 secondes, une vague de libération de calcium se propage à partir du site de contact du sperme.
Deux événements principaux dans la fertilisation dépendent de la libération de calcium.
1) Le calcium stimule la fusion des granules corticaux avec la membrane plasmique de l'ovule pour altérer le manteau entourant l'ovule pour aider à empêcher la liaison d'un autre spermatozoïde à l'ovule (blocage lent de la polyspermie).
2) Le calcium initie l'activation des œufs, la reprise des processus métaboliques.

L'oxyde nitrique comme signal

Récepteur tyrosine kinase

Les récepteurs tyrosine kinases peuvent initier une cascade de transduction du signal Ras/MAP kinase
Les sites contenant de la phosphotyrosine se lient aux protéines contenant SH2, ce qui entraîne l'activation de Ras, une petite protéine G monomère.
Une fois que le récepteur du facteur de croissance épidermique (EGFR) est autophosphorylé en réponse au ligand EGF, un complexe de GRB2 (contenant le domaine SH2) et de Sos (guanine-nucleotide release protein : GNRP) lie le récepteur.
Sos est ainsi activé pour que Ras libère le GDP qui permet à Ras de lier un nouveau GTP et de devenir actif.
Une fois actif, Ras déclenche une cascade (la voie Ras) qui comprend les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPK).
Remarque : un mitogène est un signal de facteur de croissance.
Les récepteurs tyrosine kinases activent une variété de voies de signalisation
RTK peut activer une forme de phophipase C et de phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K).

Facteurs de croissance

La perturbation de la signalisation du facteur de croissance par les récepteurs tyrosine kinases peut avoir des effets dramatiques sur le développement embryonnaire.
Les facteurs de croissance des fibroblastes (FGF) et les récepteurs des facteurs de croissance des fibroblastes (FGFR) fonctionnent à la fois dans la signalisation embryonnaire et adulte.
Les FGFR sont importants dans le développement du mésoderme, le tissu embryonnaire qui finit par devenir du muscle, du cartilage, des os et des cellules sanguines.
Un récepteur mutant qui, en raison de la dimérisation avec des versions normales de FGFR, a un effet inhibiteur dominant sur l'activité normale est une mutation négative dominante (dn).
Une version mutante dn de l'ARNm du FGFR injectée dans des œufs de grenouille provoque l'échec du développement du tissu mésodermique et produit des têtards avec des têtes mais pas de corps.
Chez l'homme, les défauts des FGFR entraînent une achondroplsie (nanisme) et une dysplasie thanatophorique de graves anomalies osseuses (mortelles dans la petite enfance).

Les récepteurs sérine/thréonine kinase phosphorylent à la fois les résidus sérine et thréonine (pas la tyrosine) et agissent pour transduire d'autres types de signaux de facteurs de croissance.
La liaison du facteur de croissance transformant bêta (TGFß) au récepteur entraîne le regroupement des récepteurs TGFß de type I et de type II.
Les récepteurs de type I sont phosphorylés par les récepteurs de type II.
Les récepteurs de type I activés phosphorylent les SMAD médiées par des récepteurs spécifiques.
Les SMAD activés à médiation par les récepteurs se lient aux co-SMAD et pénètrent dans le noyau pour interagir avec les protéines de liaison à l'ADN afin de réguler l'expression des gènes.

Les hormones

Les signaux hormonaux peuvent être classés par la distance qu'ils parcourent pour atteindre leurs cellules cibles.
Une hormone endocrine circule dans le système circulatoire et une hormone paracrine n'agit que sur les cellules voisines.
Une hormone paracrine est à peu près égale à un facteur de croissance.
Les tissus endocriniens sécrètent directement dans la circulation sanguine et les tissus exocrines dans les canaux pour le transport des sécrétions vers d'autres parties du corps.
Le pancréas a à la fois des fonctions endocrines (insuline et glucagon) et paracrines (enzymes digestives).
Une fois dans le système circulatoire, les hormones endocriniennes atteindront éventuellement leurs tissus cibles tels que le cœur et le foie (épinéphrine) ou le foie et les muscles squelettiques (insuline).
Dans le tissu cible, des effets intracellulaires, tels que l'activation de la voie de l'AMPc, peuvent contrôler un certain nombre de fonctions cellulaires.
Un exemple, est par la liaison de l'épinéphrine au récepteur bêta-adrénergique, l'activation de la PKA pour provoquer la stimulation de la dégradation du glycogène.

L'insuline active un large éventail d'effets intracellulaires par la phosphorylation par le complexe récepteur d'insuline de son substrat IRS.
Ceci, à son tour, conduit à l'activation de 1) la voie Ras-MAPK et 2) la voie PI3K/akt kinase qui active (et inactive) un certain nombre de protéines.

Propriétés chimiques des hormones animales
Il existe quatre (4) catégories d'hormones endocriniennes.
1) dérivés d'acides aminés (épinéphrine)
2) peptides (hormone antidiurétique [vasopressine])
3) protéines (insuline)
4) hormones de type lipidique, y compris les stéroïdes (testostérone)
Les hormones paracrines comprennent l'histamine (un dérivé de l'histine) et les prostaglandines (dérivés de l'acide arachidonique).


Contenu

L'effet hydrophobe représente la tendance de l'eau à exclure les molécules non polaires. L'effet provient de la rupture des liaisons hydrogène hautement dynamiques entre les molécules d'eau liquide. Les groupes chimiques polaires, tels que le groupe OH dans le méthanol, ne provoquent pas d'effet hydrophobe. Cependant, une molécule d'hydrocarbure pur, par exemple l'hexane, ne peut pas accepter ou donner de liaisons hydrogène à l'eau. L'introduction d'hexane dans l'eau provoque la rupture du réseau de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau. Les liaisons hydrogène sont partiellement reconstruites en construisant une "cage" d'eau autour de la molécule d'hexane, similaire à celle des hydrates de clathrate formés à des températures plus basses. La mobilité des molécules d'eau dans la "cage" (ou coque de solvatation) est fortement restreinte. Ceci conduit à des pertes importantes d'entropie de translation et de rotation des molécules d'eau et rend le processus défavorable en termes d'énergie libre du système. [2] [3] [4] [5] En termes de thermodynamique, l'effet hydrophobe est le changement d'énergie libre de l'eau entourant un soluté. [6] Un changement d'énergie libre positif du solvant environnant indique une hydrophobie, alors qu'un changement d'énergie libre négatif implique une hydrophilie. De cette façon, l'effet hydrophobe peut non seulement être localisé mais également décomposé en contributions enthalpiques et entropiques.

Différentes échelles d'hydrophobie ont été développées. [3] [1] [7] [8] [9]

Il existe de nettes différences entre les quatre échelles présentées dans le tableau. [10] Les deuxième et quatrième échelles placent la cystéine comme le résidu le plus hydrophobe, contrairement aux deux autres échelles. Cette différence est due aux différentes méthodes utilisées pour mesurer l'hydrophobie. La méthode utilisée pour obtenir le Janin et Rose et al. scales était d'examiner les protéines avec des structures 3-D connues et de définir le caractère hydrophobe comme la tendance qu'un résidu se trouve à l'intérieur d'une protéine plutôt qu'à sa surface. [11] [12] Puisque la cystéine forme des liaisons disulfure qui doivent se produire à l'intérieur d'une structure globulaire, la cystéine est classée comme la plus hydrophobe. Les première et troisième échelles sont dérivées des propriétés physicochimiques des chaînes latérales d'acides aminés. Ces échelles résultent principalement de l'inspection des structures d'acides aminés. [13] [1] Biswas et al., ont divisé les échelles en fonction de la méthode utilisée pour obtenir l'échelle en cinq catégories différentes. [3]

La méthode la plus courante de mesure de l'hydrophobie des acides aminés est le partage entre deux phases liquides non miscibles. Différents solvants organiques sont les plus largement utilisés pour imiter l'intérieur de la protéine. Cependant, les solvants organiques sont légèrement miscibles à l'eau et les caractéristiques des deux phases changent, ce qui rend difficile l'obtention d'une échelle d'hydrophobie pure. [3] Nozaki et Tanford ont proposé la première échelle majeure d'hydrophobie pour neuf acides aminés. [14] L'éthanol et le dioxane sont utilisés comme solvants organiques et l'énergie libre de transfert de chaque acide aminé a été calculée. Les phases non liquides peuvent également être utilisées avec des méthodes de séparation telles que les phases micellaires et les phases vapeur. Deux échelles ont été développées en utilisant des phases micellaires. [15] [16] Fendler et al. ont mesuré le partage de 14 acides aminés radiomarqués en utilisant des micelles de dodécyl sulfate de sodium (SDS). De plus, l'affinité des chaînes latérales d'acides aminés pour l'eau a été mesurée en utilisant des phases vapeur. [13] Les phases vapeur représentent les phases non polaires les plus simples, car elles n'ont aucune interaction avec le soluté. [17] Le potentiel d'hydratation et sa corrélation avec l'apparition d'acides aminés à la surface des protéines ont été étudiés par Wolfenden. Des phases aqueuses et polymères ont été utilisées dans le développement d'une nouvelle échelle de partitionnement. [18] Les méthodes de partitionnement présentent de nombreux inconvénients. Premièrement, il est difficile d'imiter l'intérieur de la protéine. [19] [20] De plus, le rôle de l'auto solvatation rend très difficile l'utilisation des acides aminés libres. De plus, les liaisons hydrogène perdues lors du transfert vers les solvants organiques ne se reforment pas mais souvent à l'intérieur de la protéine. [21]

Les échelles d'hydrophobie peuvent également être obtenues en calculant les surfaces accessibles au solvant pour les résidus d'acides aminés dans la chaîne polypeptidique déployée [21] ou en hélice alpha et en multipliant les surfaces par les paramètres empiriques de solvatation pour les types d'atomes correspondants. [3] Une échelle d'hydrophobie de surface accessible par solvant différentiel basée sur des protéines sous forme de réseaux compactés près d'un point critique, en raison de l'auto-organisation par l'évolution, a été construite sur la base d'un comportement asymptotique de loi de puissance (auto-similaire). [22] [23] Cette échelle est basée sur une étude bioinformatique de 5526 structures à haute résolution de la Protein Data Bank. Cette échelle différentielle présente deux avantages comparatifs : (1) elle est particulièrement utile pour traiter les changements dans les interactions eau-protéine qui sont trop faibles pour être accessibles aux calculs conventionnels de champ de force, et (2) pour les structures homologues, elle peut fournir des corrélations avec changements de propriétés dus à des mutations dans les séquences d'acides aminés seules, sans déterminer les changements structurels correspondants, que ce soit in vitro ou in vivo.

La chromatographie liquide en phase inverse (RPLC) est la méthode chromatographique la plus importante pour mesurer l'hydrophobie du soluté. [3] [24] La phase stationnaire non polaire imite les membranes biologiques. L'utilisation de peptides présente de nombreux avantages car la partition n'est pas étendue par les charges terminales dans RPLC. En outre, la formation de structures secondaires est évitée en utilisant des peptides à séquence courte. La dérivatisation des acides aminés est nécessaire pour faciliter sa partition en une phase liée C18. Une autre échelle avait été mise au point en 1971 et utilisait la rétention de peptides sur gel hydrophile. [25] Le 1-butanol et la pyridine ont été utilisés comme phase mobile dans cette échelle particulière et la glycine a été utilisée comme valeur de référence. Pliska et ses collègues [26] ont utilisé la chromatographie sur couche mince pour relier les valeurs de mobilité des acides aminés libres à leurs propriétés hydrophobes. Il y a environ une décennie, une autre échelle d'hydrophilie a été publiée, cette échelle utilisait la chromatographie liquide en phase normale et montrait la rétention de 121 peptides sur une colonne amide-80. [27] Les valeurs absolues et les classements relatifs d'hydrophobie déterminés par des méthodes chromatographiques peuvent être affectés par un certain nombre de paramètres. Ces paramètres incluent la surface spécifique de la silice et le diamètre des pores, le choix et le pH du tampon aqueux, la température et la densité de liaison des chaînes de phase stationnaire. [3] protéines d'hydrophobie ip mw

Cette méthode utilise la technologie de recombinaison de l'ADN et donne une mesure réelle de la stabilité des protéines. Dans ses études détaillées de mutagenèse dirigée, Utani et ses collègues ont substitué 19 acides aminés à Trp49 de la tryptophane synthase et il a mesuré l'énergie libre de déploiement. Ils ont constaté que la stabilité accrue est directement proportionnelle à l'augmentation de l'hydrophobie jusqu'à une certaine limite de taille. Le principal inconvénient de la méthode de mutagenèse dirigée est que tous les 20 acides aminés naturels ne peuvent pas remplacer un seul résidu dans une protéine. De plus, ces méthodes présentent des problèmes de coût et ne sont utiles que pour mesurer la stabilité des protéines. [3] [28]

Les échelles d'hydrophobie développées par les méthodes de propriétés physiques sont basées sur la mesure de différentes propriétés physiques. Les exemples incluent la capacité thermique molaire partielle, la température de transition et la tension superficielle. Les méthodes physiques sont faciles à utiliser et flexibles en termes de soluté. L'échelle d'hydrophobie la plus populaire a été développée en mesurant les valeurs de tension superficielle pour les 20 acides aminés naturels dans une solution de NaCl. [29] Les principaux inconvénients des mesures de tension superficielle sont que les liaisons hydrogène rompues et les groupes chargés neutralisés restent à l'interface solution air. [3] [1] Une autre méthode de propriété physique implique la mesure de l'énergie libre de solvatation. [30] L'énergie libre de solvatation est estimée comme le produit d'une accessibilité d'un atome au solvant et d'un paramètre de solvatation atomique. Les résultats indiquent que l'énergie libre de solvatation diminue en moyenne de 1 Kcal/résidus lors du repliement. [3]

Palliser et Parry ont examiné une centaine d'écailles et ont découvert qu'ils peuvent les utiliser pour localiser les brins B à la surface des protéines. [31] Les échelles d'hydrophobie ont également été utilisées pour prédire la préservation du code génétique. [32] Trinquier a observé un nouvel ordre des bases qui reflètent mieux le caractère conservé du code génétique. [3] Ils croyaient que le nouvel ordre des bases était l'uracile-guanine-cystosine-adénine (UGCA) qui reflétait mieux le caractère conservé du code génétique par rapport à l'UCAG de commande communément observé. [3]

Les échelles d'hydrophobie des résidus entiers de Wimley-White sont significatives pour deux raisons. Premièrement, ils incluent les contributions des liaisons peptidiques ainsi que les chaînes latérales, fournissant des valeurs absolues. Deuxièmement, ils sont basés sur des valeurs directes déterminées expérimentalement pour les énergies libres de transfert des polypeptides.

Deux échelles d'hydrophobie des résidus entiers ont été mesurées :

  • Un pour le transfert des chaînes dépliées de l'eau à l'interface bicouche (appelée échelle d'hydrophobie interfaciale de Wimley-White).
  • Un pour le transfert des chaînes dépliées dans l'octanol, qui est pertinent pour le noyau hydrocarboné d'une bicouche.

Le site Web de Stephen H. White [33] fournit un exemple d'échelles d'hydrophobie de résidus entiers montrant l'énergie libre de transfert ΔG(kcal/mol) de l'eau à l'interface POPC et au n-octanol. [33] Ces deux échelles sont ensuite utilisées ensemble pour créer des graphiques d'hydropathie des résidus entiers. [33] Le graphique d'hydropathie construit en utilisant ΔGwoct − ΔGwif montre des pics favorables sur l'échelle absolue qui correspondent aux hélices TM connues. Ainsi, les tracés d'hydropathie des résidus entiers illustrent pourquoi les segments transmembranaires préfèrent un emplacement transmembranaire plutôt qu'un emplacement de surface. [34] [35] [36] [37]

Acide aminé Échelle d'interface,
??gfemme (kcal/mol)
Échelle d'octanol,
??gwoct (kcal/mol)
Octanol - interface,
??gwoctgfemme
Ile −0.31 −1.12 −0.81
Leu −0.56 −1.25 −0.69
Phe −1.13 −1.71 −0.58
Val 0.07 −0.46 −0.53
Rencontré −0.23 −0.67 −0.44
Pro 0.45 0.14 −0.31
Trp −1.85 −2.09 −0.24
Son0 0.17 0.11 −0.06
Thr 0.14 0.25 0.11
Glu0 −0.01 0.11 0.12
Gln 0.58 0.77 0.19
Cys −0.24 −0.02 0.22
Tyr −0.94 −0.71 0.23
Ala 0.17 0.50 0.33
Ser 0.13 0.46 0.33
Asn 0.42 0.85 0.43
Asp0 −0.07 0.43 0.50
Arg+ 0.81 1.81 1.00
Gly 0.01 1.15 1.14
Son + 0.96 2.33 1.37
Glu- 2.02 3.63 1.61
Lys+ 0.99 2.80 1.81
Aspic- 1.23 3.64 2.41

La plupart des échelles d'hydrophobie existantes sont dérivées des propriétés des acides aminés sous leurs formes libres ou en tant que partie d'un peptide court. L'échelle d'hydrophobie de Bandyopadhyay-Mehler était basée sur la partition des acides aminés dans le contexte de la structure des protéines. La structure des protéines est une mosaïque complexe de divers milieux diélectriques générés par l'arrangement de différents acides aminés. Par conséquent, différentes parties de la structure de la protéine se comporteraient très probablement comme des solvants avec des valeurs diélectriques différentes. Pour simplifier, chaque structure protéique a été considérée comme un mélange non miscible de deux solvants, l'intérieur de la protéine et l'extérieur de la protéine. L'environnement local autour d'un acide aminé individuel (appelé "micro-environnement") a été calculé à la fois pour l'intérieur et l'extérieur de la protéine. Le rapport donne l'échelle d'hydrophobie relative pour les acides aminés individuels. Le calcul a été formé sur des structures cristallines de protéines à haute résolution. Ce descripteur quantitatif du microenvironnement a été dérivé du coefficient de partage octanol-eau (connu sous le nom de constantes fragmentaires de Rekker) largement utilisé pour les pharmacophores. Cette échelle est bien corrélée avec les méthodes existantes, basées sur des calculs de partitionnement et d'énergie libre. L'avantage de cette échelle est qu'elle est plus réaliste, car elle se situe dans le contexte de structures protéiques réelles. [9]

Dans le domaine de l'ingénierie, l'hydrophobie (ou la capacité de démouillage) d'une surface plane (par exemple, un plan de travail dans une cuisine ou une casserole) peut être mesurée par l'angle de contact de la goutte d'eau. Une équipe de l'Université du Nebraska-Lincoln a récemment mis au point une approche informatique qui peut relier l'échelle d'hydrophobie moléculaire des chaînes d'acides aminés à l'angle de contact de la nanogouttelette d'eau. [38] L'équipe a construit des réseaux planaires composés de chaînes latérales d'acides aminés unifiées avec la structure native de la protéine bêta-feuillet. Grâce à la simulation de dynamique moléculaire, l'équipe est capable de mesurer l'angle de contact de nanogouttelettes d'eau sur les réseaux planaires (caHydrophobie).

D'autre part, des études antérieures montrent que le minimum de potentiel chimique en excès d'un soluté de sphère dure par rapport à celui dans la masse présente une dépendance linéaire de la valeur du cosinus de l'angle de contact. [39] Sur la base des potentiels chimiques en excès calculés du soluté de Weeks-Chandler-Andersen de la taille du méthane purement répulsif par rapport à celui dans la masse, les valeurs extrapolées de la valeur cosinus de l'angle de contact sont calculées (ccHydrophobie), qui peuvent être utilisées pour quantifier l'hydrophobie des chaînes latérales d'acides aminés avec des comportements de mouillage complets.


La propagation et la prolifération des fibroblastes sur les surfaces hydrophiles et hydrophobes sont liées à la phosphorylation de la tyrosine dans les contacts focaux

L'adhésion, la propagation et la prolifération des fibroblastes ont été étudiées dans cette étude en utilisant du verre et du verre octadécyle (ODS) comme modèles de substrats hydrophobes en l'absence ou en présence de fibronectine préadsorbée (FN). Pour en savoir plus sur le mécanisme sous-jacent de la biocompatibilité des matériaux, l'organisation de l'intégrine bêta 1 et la phosphorylation des résidus tyrosine dans les contacts focaux a été étudiée par microscopie à immunofluorescence. L'adhérence et l'étalement réduits des fibroblastes sur les ODS hydrophobes par rapport au verre propre ont été indiqués par une présence diffuse d'actine et par l'absence de contacts focaux et d'activité phosphotyrosine. En revanche, sur verre hydrophile, les fibres de contrainte initiale et les adhérences focales sont apparues accompagnées d'une activité phosphotyrosine modérée. La préadsorption de FN a amélioré l'interaction des fibroblastes avec les deux surfaces, comme indiqué par la formation de fibres de stress d'actine proéminentes et le regroupement d'intégrines bêta 1 dans les contacts focaux qui était co-localisé avec une activité de phosphotyrosine accrue. La prolifération des fibroblastes mesurée après 72 h a été inhibée sur ODS par rapport au verre. La préadsorption de FN, cependant, a augmenté l'indice de prolifération cellulaire sur les deux surfaces, qui était plus élevé que sur du verre pur. L'amélioration de l'adhésion cellulaire, de la propagation et de la prolifération des fibroblastes est parallèle à une augmentation de l'activité totale de phosphorylation de la tyrosine mesurée par un dosage immuno-enzymatique (EIA). Il a été conclu que la signalisation via les intégrines pourrait être un événement décisif lors de l'interaction cellule-biomatériau.


Acides aminés

Les acides aminés sont les éléments constitutifs de base des protéines. Il existe vingt acides aminés naturels, et ils sont tous caractérisés par un groupe anime, un groupe acide carboxylique et une chaîne latérale unique (ou groupe R) qui confère à chacun ses propriétés spécifiques.

Introduction

Le &alpha -carbone d'un acide aminé est chiral, donc chacun a des isomères L et D. Cependant, tous les acides aminés protéiques n'existent que sous leurs formes L. Alors que la figure de gauche représente les groupes fonctionnels corrects, les acides aminés sont classiquement écrits sous leurs formes « quotzwitterioniques », où le groupe amine est protoné et le groupe carboxyle est déprotoné en raison du pH de la plupart des fluides corporels.

Caractéristiques

Les acides aminés sont amphotères, ce qui signifie qu'ils ont des tendances acides et basiques. Le groupe carboxyle est capable de perdre un proton et le groupe amine est capable d'accepter un proton. Les acides aminés ont également un caractère ionique et se comportent comme des ampholytes, ce qui signifie qu'ils se déplacent vers leurs points isoélectriques lorsqu'ils sont placés dans un gradient de pH sous un champ électrique.

Liaisons peptidiques

Les acides aminés se connectent les uns aux autres en formant des liaisons peptidiques impliquant les groupes amino et carboxyle. Ces liaisons sont le résultat d'une réaction de déshydratation et sont planes et partiellement ioniques en raison de leurs hybrides de résonance.

Liste des acides aminés

La glycine et l'alanine sont les acides aminés les plus simples. Ils sont non polaires et neutres. La glycine est hydrophile et l'alanine est hydrophobe.

Glycine, Gly, G Alanine, Ala, A

La valine, la leucine, l'isoleucine, la méthionine et la proline sont apolaires, neutres et aliphatiques. Tous sont hydrophobes à l'exception de la proline.

Valine, Val, V Leucine, Leu, L Isoleucine, Ile, je Méthionine, Met, M Proline, Pro, P

La phénylalanine et le tryptophane sont non polaires, neutres et aromatiques. La phénylalanine est hydrophobe et le tryptophane est hydrophile.

Phénylalanine, Phe, F Tryptophane, Trp, W

La sérine, la thréonine, la tyrosine, l'asparagine et la glutamine sont polaires et neutres. Tous sont hydrophiles.

Serine, Ser, S Thréonine, Thr, T Tyrosine, Tyr, Y Asparagine, Asn, N Glutamine, Gln, Q

La cystéine est neutre, non polaire et hydrophobe.

La lysine, l'arginine et l'histidine sont polaires, chargées positivement et hydrophiles.


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Biologie MCAT : Signalisation Cellulaire

Le diabète de type 1 est une maladie auto-immune bien connue. Les maladies auto-immunes résultent d'une attaque médiée par le système immunitaire sur ses propres tissus corporels. Dans le développement normal, un organe appelé thymus introduit les cellules immunitaires aux protéines normales du corps. Ce processus est appelé sélection négative, car les cellules immunitaires qui reconnaissent les protéines normales sont supprimées. Si les cellules échappent à ce processus, celles qui reconnaissent les protéines normales entrent en circulation, où elles peuvent attaquer les tissus corporels. Le thymus est également important pour activer les cellules T qui reconnaissent les protéines étrangères.

Comme le montre la figure ci-dessous, les cellules immunitaires proviennent généralement de la moelle osseuse. Certaines cellules immunitaires, appelées cellules T, vont ensuite au thymus pour une sélection négative. Ceux qui survivent à la sélection négative entrent dans la circulation générale pour combattre l'infection. D'autres cellules, appelées cellules B, entrent directement dans la circulation générale à partir de la moelle osseuse. C'est une rupture de ce processus soigneusement orchestré qui conduit à une maladie auto-immune, comme le diabète de type 1.

Contrairement aux lymphocytes T et aux lymphocytes B, les macrophages utilisent la phagocytose et la digestion comme fonctions principales. Les macrophages sont dirigés vers le site d'infection par des médiateurs chimiques, tels que les chimiokines et les cytokines. Ces médiateurs réagissent avec les protéines de surface sur les macrophages et induisent des changements intracellulaires, conduisant les macrophages vers le site d'infection. Lequel des énoncés suivants est probablement vrai pour cette forme de signalisation cellulaire ?

I. Elle est médiée par un second messager intracellulaire

II. Il médie exclusivement les changements dans l'expression des gènes dans le macrophage

III. Il entraîne des changements intracellulaires sur plusieurs jours ou semaines

IV. C'est un exemple de signalisation autocrine

Le système de signalisation avec des chimiokines et des cytokines est un exemple de processus de signalisation paracrine, où les cellules voisines communiquent entre elles, plutôt que la signalisation autocrine, où une seule cellule libère un signal pour elle-même. L'attraction des macrophages vers le site d'infection doit se produire rapidement, beaucoup plus rapidement que plusieurs jours ou semaines. Il doit également utiliser un second messager, qui aura vraisemblablement des effets cytosoliques immédiats ainsi que des effets sur l'expression génétique, car il agit par l'intermédiaire d'un récepteur de surface sur le macrophage.

Exemple de question n°1 : Signalisation cellulaire

En 2013, les scientifiques ont lié une réponse cellulaire appelée réponse protéique dépliée (UPR) à une série de maladies neurodégénératives, y compris des problèmes de santé majeurs comme la maladie de Parkinson et la maladie d'Alzheimer. Selon leurs travaux, la réponse protéique dépliée est une réduction de la traduction résultant d'une série d'enzymes qui modifient un facteur d'initiation de la traduction, eIF2, comme ci-dessous :

Dans la séquence ci-dessus, le capteur de protéine dépliée se lie à une protéine dépliée, telle que la bêta-amyloïde pathogène trouvée dans le cerveau des patients atteints de la maladie d'Alzheimer. Ce capteur phosphoryle ensuite PERK, ou protéine kinase kinase du réticulum endoplasmique de type ARN. Cela conduit à des effets en aval sur eIF2, dont l'inhibition réprime la traduction. On pense que les symptômes de la maladie neurodégénérative peuvent être le résultat de cette traduction réduite.

Certaines preuves montrent que la réponse protéique dépliée peut être favorisée par un état inflammatoire. Les cytokines sont libérées des cellules exposées au stress, induisant ainsi la réponse protéique dépliée dans les cellules voisines. Lequel des énoncés suivants définit le mieux ce processus ?

La signalisation paracrine est la communication entre les cellules voisines, comme le processus décrit dans la question. La signalisation autocrine est l'utilisation de médiateurs chimiques pour activer la même cellule qui a sécrété le médiateur. La signalisation endocrinienne est l'utilisation de médiateurs chimiques pour communiquer avec des cibles cellulaires distantes.

L'isotype n'est pas une forme de signal et fait référence à des structures similaires. Les tissus autologues font référence aux tissus prélevés sur le même individu et ne constituent pas non plus une forme de signalisation.

Exemple de question #3 : Signalisation cellulaire

La liste ci-dessous répertorie les événements qui se produisent au cours d'une voie de transduction de signal.

I. Le récepteur membranaire plasmique interagit avec une protéine effectrice

II. Des molécules messagères secondaires sont libérées

III. Le ligand se lie au récepteur de la membrane plasmique

Lequel des éléments suivants répertorie ces événements dans le bon ordre ?

La transduction du signal implique la transmission de signaux entre les cellules. Dans une voie de transduction de signal normale, un ligand (tel qu'une hormone et un neurotransmetteur) se lie à un récepteur de la membrane cellulaire du côté extracellulaire. La liaison au ligand initie une réponse du côté intracellulaire. Une telle réponse comprend la liaison du côté intracellulaire à une protéine effectrice. La liaison du récepteur à une protéine effectrice libère des molécules messagères secondaires qui se propagent et amplifient le signal, influençant souvent les facteurs de transcription et l'expression des gènes.

Il existe plusieurs voies de transduction du signal, mais le ligand se lie toujours au côté extracellulaire du récepteur et initie une réponse du côté intracellulaire du récepteur.

Exemple de question n°4 : Signalisation cellulaire

Lequel des énoncés suivants est vrai concernant un récepteur transmembranaire ?

Il a des régions exclusivement hydrophiles

Il a des régions hydrophobes et hydrophiles et le ligand se lie aux régions hydrophobes

Il a des régions exclusivement hydrophobes

Il a des régions hydrophobes et hydrophiles et le ligand se lie aux régions hydrophiles

Il a des régions hydrophobes et hydrophiles et le ligand se lie aux régions hydrophiles

Un récepteur transmembranaire, par définition, est une molécule qui est insérée dans une membrane (telle que la membrane plasmique de la cellule). Rappelons qu'une membrane trouvée dans une cellule est constituée d'une bicouche phospholipidique, qui contient à la fois des régions hydrophobes (non polaires) et hydrophiles (polaires). Les régions hydrophobes se trouvent à l'intérieur et les régions hydrophiles se trouvent face soit au cytoplasme, soit à l'espace extracellulaire.

Pour s'insérer dans une bicouche phospholipidique, les récepteurs transmembranaires doivent avoir à la fois des régions hydrophobes et hydrophiles. La partie hydrophobe du récepteur se trouve à l'intérieur du noyau hydrophobe de la membrane et la région hydrophile se trouve face au cytoplasme ou à l'espace extracellulaire. Un ligand entre typiquement en contact avec un récepteur transmembranaire depuis l'extérieur ou depuis le cytoplasme, par conséquent, le ligand se lie typiquement à la partie hydrophile du récepteur.

Exemple de question #5 : Signalisation cellulaire

Un système de sécrétion de type III est un mécanisme que plusieurs bactéries utilisent pour échapper au système immunitaire. Ils insèrent une structure semblable à une seringue dans une cellule hôte voisine et sécrètent des protéines effectrices qui tuent la cellule hôte. Quel terme décrit le mieux ce type de signalisation ?

La question indique que le système de sécrétion de type III implique une bactérie entrant en contact avec une cellule hôte voisine. Rappelez-vous que si une cellule entre en contact avec la cellule voisine pour la transduction du signal, alors le signal est caractérisé comme un signal juxtacrine. Dans la signalisation paracrine, en revanche, la cellule de signalisation sécrète un signal chimique tel qu'un neurotransmetteur. Ce produit chimique se lie aux récepteurs d'une cellule voisine et transmet le signal en paracrine signalant que les deux cellules n'entrent jamais en contact.

La signalisation endocrinienne implique la libération d'une hormone chimique qui pénètre dans la circulation sanguine et signale les cellules ailleurs dans le corps. La signalisation autocrine implique une cellule libérant une molécule qui se lie aux récepteurs sur sa propre surface. Par conséquent, dans la signalisation autocrine, la cellule de signalisation et la cellule cible sont les mêmes.

Exemple de question n°6 : Signalisation cellulaire

Lequel des éléments suivants est faux concernant la signalisation cellulaire?

I. Les récepteurs transmembranaires se trouvent à la fois sur les membranes plasmiques et les membranes nucléaires

II. Les récepteurs transmembranaires sont toujours des canaux ioniques

III. Un ligand peut être polaire ou non polaire

Un récepteur transmembranaire est tout récepteur qui s'insère dans une membrane. Une cellule a une membrane bicouche phospholipidique entourant la plupart des organites et la cellule elle-même (la membrane plasmique). Les récepteurs transmembranaires peuvent être trouvés sur toutes ces membranes car les récepteurs sont essentiels pour recevoir les signaux de l'environnement extérieur. Par conséquent, vous pouvez trouver des récepteurs transmembranaires sur la membrane plasmique et sur la membrane nucléaire. L'affirmation I est vraie.

Un récepteur prototype a un site de liaison au ligand. Une fois que le ligand se lie, le récepteur signale la cellule en conséquence. Cette induction de signal peut se produire de plusieurs manières. Une façon consiste à ce qu'un récepteur lui-même soit un canal ionique lors de la liaison du ligand, le canal s'ouvre et transporte les ions à travers la membrane plasmique, ce qui induit un signal à l'intérieur de la cellule. Une autre façon est qu'un récepteur soit un récepteur couplé à une protéine G, ce qui induit une cascade de signalisation qui conduit à l'activation de la deuxième molécule de signalisation messager cAMP. Les récepteurs peuvent induire un signal de plusieurs manières. Par conséquent, tous les récepteurs ne sont pas des canaux ioniques. L'énoncé II est faux.

Un ligand peut être polaire ou non polaire. L'exemple classique est celui des hormones. Rappelez-vous qu'il existe des hormones polaires et non polaires (stéroïdes). Les hormones polaires, telles que celles libérées par l'hypophyse, ne peuvent pas traverser le noyau hydrophobe de la bicouche phospholipidique. Par conséquent, leurs récepteurs se trouvent sur la membrane plasmique.Les hormones stéroïdes, libérées par les glandes surrénales et les gonades, peuvent traverser le noyau hydrophobe et pénétrer dans la cellule. En entrant dans la cellule, l'hormone stéroïde se lie à des récepteurs dans le cytoplasme ou sur la membrane nucléaire. L'énoncé III est vrai.

Exemple de question n°7 : Signalisation cellulaire

L'AMPc est une molécule importante qui fait partie de plusieurs cascades de signalisation. Il est classé comme un messager __________ et il peut __________ le signal.

Pour répondre à cette question, vous devez connaître la différence entre une première et une deuxième molécule messagère. Les premières molécules messagères sont des molécules extracellulaires telles que les hormones peptidiques qui se lient au récepteur et induisent un signal. Les secondes molécules messagères, cependant, sont des molécules intracellulaires qui sont libérées et activées par les premières molécules messagères. L'AMPc est une molécule intracellulaire qui est activée par la signalisation d'un récepteur couplé à la protéine G, c'est donc une seconde molécule messagère. L'AMPc joue un rôle important dans l'activation de plusieurs voies de transduction du signal.

Un signal extracellulaire doit être amplifié par la cellule pour que le signal atteigne toutes les régions cibles. Les molécules de second messager, telles que l'AMPc, jouent un rôle important dans cette amplification.

Exemple de question n°8 : Signalisation cellulaire

Quel organite est principalement responsable de la production d'ATP dans les cellules eucaryotes ?

Les cellules eucaryotes contiennent des mitochondries. La membrane interne de la mitochondrie abrite des protéines ATP synthase, qui génèrent de l'énergie moléculaire via la phosphorylation oxydative. C'est la principale source d'énergie cellulaire sous forme d'ATP.

Les chloroplastes sont un autre organite eucaryote impliqué dans la production d'énergie. Cependant, la fonction principale du chloroplaste est d'utiliser l'énergie lumineuse pour générer du glucose à partir de dioxyde de carbone. Ce glucose est ensuite métabolisé via la respiration cellulaire, en utilisant les mitochondries pour la majorité de la synthèse d'ATP.

Exemple de question n°9 : Signalisation cellulaire

La force générée par un muscle lorsqu'il se contracte fait intervenir des protéines musculaires au sein des cellules musculaires, à savoir l'actine et la myosine. En commençant par l'arrivée d'un potentiel d'action de l'axone du motoneurone, les muscles génèrent de la force grâce à une cascade d'événements électriques et biochimiques. La libération d'acétylcholine au niveau de la membrane présynaptique dans la fente synaptique est provoquée par le potentiel d'action qui ouvre les canaux calciques. La liaison temporaire du neurotransmetteur au niveau de la membrane postsynaptique avec les récepteurs de l'acétylcholine du muscle entraîne une dépolarisation de la membrane postsynaptique et l'ouverture des canaux calciques. La torsion de la tropomyosine pour exposer les sites de fixation de la myosine sur l'actine est le résultat du calcium libéré par le réticulum sarcoplasmique et se liant aux molécules de troponine. deux brins de protéine, la myosine et l'actine, s'attachent l'un à l'autre en formant un pont croisé qui leur permet de glisser l'un par rapport à l'autre pour raccourcir le muscle et générer de la force. Lorsque la dépolarisation se termine, elle est renvoyée dans le réticulum sarcoplasmique et les ponts croisés actine-myosine ne peuvent plus se former, ce qui entraîne une relaxation.

Lorsqu'un motoneurone est stimulé électriquement par une seule impulsion, un muscle innervé par ce neurone produit une force appelée contraction. Alors que l'impulsion peut durer de 1 à 3 ms, la secousse dure de 10 à 100 ms. C'est parce qu'il faut beaucoup de temps pour que le récupérateur soit pompé dans le réticulum sarcoplasmique. Lorsque le taux d'impulsions est faible, les contractions ont le temps de se détendre (figure 1A). Lorsque le taux de simulation est élevé, les secousses fusionnent et la force dans le muscle s'additionne (figures 1B et 1C). La tension maximale dans le muscle, une condition connue sous le nom de tétanos (figure 1D), est générée lorsque la fréquence du potentiel d'action est augmentée au point où tous les sites de liaison des ponts croisés sont activés en continu et la sortie de force ne montre plus aucune ondulation.

La myasthénie grave (MG) est une maladie dans laquelle le nombre de récepteurs de l'acétylcholine au niveau des jonctions neuromusculaires postsynaptiques devient considérablement réduit. Quelle est la différence attendue entre la contraction du muscle du patient MG et celle d'une personne saine en réponse à une stimulation par un neurone ?

Le muscle du patient MG se contractera moins fortement que le muscle d'une personne en bonne santé car chez le patient MG, le nombre de molécules de troponine liées à la tropomyosine sera plus important

Le muscle du patient MG se contractera moins fortement que le muscle d'une personne en bonne santé car chez le patient atteint de MG, moins sera libéré du réticulum sarcoplasmique en réponse à la stimulation neurale

Le muscle du patient MG se contractera plus fortement que le muscle d'une personne en bonne santé car chez le patient MG, l'acétylcholine ne sera pas séquestrée par les récepteurs

Le muscle du patient MG se contractera plus fortement que le muscle d'une personne en bonne santé car chez le patient atteint de MG, un plus grand nombre de sites de liaison à l'actine seront exposés sur la myosine.

Le muscle du patient MG se contractera moins fortement que le muscle d'une personne en bonne santé car chez le patient atteint de MG, moins sera libéré du réticulum sarcoplasmique en réponse à la stimulation neurale

Cette question demande en quoi la réponse musculaire d'un patient MG serait différente de la réponse musculaire d'une personne en bonne santé à la stimulation d'un neurone. C'est une question qui peut être indépendante du passage, aucune information ou donnée du passage n'est requise pour répondre à la question.

Lorsque l'acétylcholine se lie à son récepteur sur une cellule musculaire, elle produit une onde de dépolarisation qui ouvre des canaux dans la membrane plasmique et le réticulum sarcoplasmique. En conséquence, s'écoule dans le sarcoplasme où il stimule l'interaction de l'actine et de la myosine et le glissement des filaments. Étant donné qu'un patient atteint de myasthénie grave aura un nombre réduit de récepteurs fonctionnels de l'acétylcholine, le signal de dépolarisation sera plus petit, moins sera libéré et moins de ponts croisés actine-myosine se formeront. Cette séquence d'événements entraînera une contraction plus faible du muscle du patient atteint de myasthénie grave. Le nombre de molécules de troponine liées à la tropomyosine ne change pas pendant la contraction. La troponine est liée à la tropomyosine lorsque le muscle est au repos. Lorsqu'il est libéré du réticulum sarcoplasmique, il se lie à la troponine et l'amène à tordre suffisamment la tropomyosine pour exposer les sites de liaison de l'actine à la myosine. Étant donné que la troponine est liée à la tropomyosine au repos et pendant la contraction, il ne devrait pas y avoir de différence dans le nombre d'interactions troponine-tropomyosine chez les patients atteints de myasthénie grave par rapport aux individus normaux.

Exemple de question #10 : Signalisation cellulaire

Les systèmes nerveux sympathique et parasympathique sont essentiels à l'homéostasie et à la survie. Par exemple, lorsque nous essayons de fuir une menace, le système nerveux sympathique est en pleine action pour nous permettre d'échapper au danger. Cependant, lorsqu'il n'y a pas de menace évidente, le système nerveux parasympathique a tendance à être plus en contrôle.

Il existe des similitudes et des différences entre les systèmes nerveux sympathique et parasympathique. Dans les fibres nerveuses préganglionnaires, les systèmes nerveux sympathique et parasympathique utilisent le neurotransmetteur acétylcholine. Plus près de l'organe cible, le système nerveux parasympathique reste dépendant de l'acétylcholine alors que la norépinéphrine et l'épinéphrine sont les neurotransmetteurs prédominants utilisés par le système nerveux sympathique.

Lorsque la norépinéphrine et l'épinéphrine se lient à leurs récepteurs, différents effets sont réalisés en fonction du type de récepteur, de l'affinité et de l'emplacement du récepteur. Par exemple, l'épinéphrine a une affinité plus élevée pour le récepteur bêta-2. Lorsque l'épinéphrine se lie au récepteur bêta-2, les effets courants comprennent la vasodilatation et la bronchodilatation. La norépinéphrine a une affinité plus forte pour les récepteurs alpha-1, alpha-2 et bêta-1. Lorsque la noradrénaline se lie à son récepteur, les effets courants sur le corps comprennent la vasoconstriction (alpha-1), l'augmentation du rythme cardiaque (bêta-1) et la contraction utérine (alpha-1).

Le patient A a accidentellement pris une surdose d'un médicament qui active les récepteurs alpha-1, bêta-1 et bêta-2 et subit actuellement une grave crise d'asthme. Lequel des seconds messagers suivants doit être régulé pour traiter la crise d'asthme ?


Informations sur l'auteur

Affiliations

Division d'hématologie/oncologie pédiatrique, bâtiment de recherche Karp, 7e étage, Hôpital pour enfants de Boston, Massachusetts, 02115, États-Unis

Mohammad Azam et George Q Daley

Dana Farber Cancer Institute, Boston, 02115, Massachusetts, États-Unis

Mohammad Azam, Nathanael S Gray et George Q Daley

Département de chimie biologique et de pharmacologie moléculaire, Harvard Medical School, Boston, 02115, Massachusetts, États-Unis

Mohammad Azam & Nathanael S Gris

Département de biologie moléculaire et cellulaire et Département de chimie, Université de Californie, Berkeley, Howard Hughes Medical Institute, 527 Stanley Hall, MC 3220, Berkeley, 94720-3220, Californie, États-Unis

Markus A Seeliger & amp John Kuriyan

Département de chimie biologique et de pharmacologie moléculaire, bâtiment Seeley G. Mudd, 628A 250 Longwood Avenue, Boston, 02115, Massachusetts, États-Unis

Nathanael S Gray et George Q Daley

Division d'hématologie, Brigham and Women's Hospital, Boston, 02115, Massachusetts, États-Unis