Les protéines sont essentielles à chaque cellule vivante et responsables de nombreux processus fondamentaux. En particulier, ils sont nécessaires en tant que bio-catalyseurs dans le métabolisme et pour la signalisation à l'intérieur de la cellule et entre les cellules. De nombreuses maladies surviennent à la suite d'échecs dans cette communication, et les origines de la signalisation dans les protéines ont été une source de grand débat scientifique. Maintenant, pour la première fois, une équipe de chercheurs de l'université de Göttingen a en effet observé les protons mobiles qui font ce travail dans chaque cellule vivante, fournissant ainsi de nouvelles informations sur les mécanismes. Les résultats ont été publiés dans La nature .

Des chercheurs de l'Université de Göttingen dirigés par les professeurs Kai Tittmann et Ricardo Mata ont trouvé un moyen de faire pousser des cristaux de protéine de haute qualité d'une protéine humaine. L'accélérateur de particules DESY à Hambourg a permis d'observer des protons (particules subatomiques de charge positive) se déplaçant au sein de la protéine. Cette surprenante « danse des protons » a montré comment des sections éloignées de la protéine étaient capables de communiquer instantanément entre elles, comme l'électricité se déplaçant le long d'un fil.

En outre, Le groupe de Tittmann a obtenu des données à haute résolution pour plusieurs autres protéines, montrant avec des détails sans précédent la structure d'une sorte de liaison hydrogène où deux atomes plus lourds partagent effectivement un proton (connu sous le nom de "liaison hydrogène à faible barrière"). Ce fut la deuxième surprise :les données ont prouvé qu'une liaison hydrogène à faible barrière existe bel et bien dans les protéines, résolvant une controverse de plusieurs décennies, et joue en fait un rôle essentiel dans le processus.

"Les mouvements de protons que nous avons observés ressemblent beaucoup au jouet connu sous le nom de berceau de Newton, dans lequel l'énergie est instantanément transportée le long d'une chaîne de billes métalliques suspendues. Dans les protéines, ces protons mobiles peuvent immédiatement connecter d'autres parties de la protéine, " a expliqué Tittmann, qui est également Max Planck Fellow à l'Institut Max Planck de chimie biophysique à Göttingen. Le processus a été simulé à l'aide de calculs de chimie quantique dans le laboratoire du professeur Mata. Ces calculs ont fourni un nouveau modèle pour le mécanisme de communication des protons. "Nous savons depuis un certain temps que les protons peuvent se déplacer de manière concertée, comme dans l'eau par exemple. Maintenant, il semble que les protéines aient évolué de telle manière qu'elles puissent réellement utiliser ces protons pour la signalisation."

Les chercheurs pensent que cette percée peut conduire à une meilleure compréhension de la chimie de la vie, améliorer la compréhension des mécanismes de la maladie et conduire à de nouveaux médicaments. Cette avancée devrait permettre le développement de protéines commutables pouvant être adaptées à une multitude d'applications potentielles en médecine, biotechnologie et chimie respectueuses de l'environnement.