Weak protein – protein interactions in solution : The halophilic malate dehydrogenase
Interactions faibles protéine – protéine en solution : La malate déshydrogénase halophile
Résumé
The cell is a crowded environment in which interactions between macromolecules, even weak interactions, determine their solubility and the assembly of the labile complexes that operate biological functions. The weak interactions between proteins in solution that define their non-ideal behaviour also control their crystallisation.
To which extent do protein – solvent interactions influence protein – protein interactions ? In the present thesis, these two kinds of interaction have been put in relation for the malate dehydrogenase (Hm MalDH) from Haloarcula marismortui. This halophilic protein is very acidic and is solvated by large amounts of water and salt.
We have developed a new method for the determination of the second virial coefficient A2 by modelling the sedimentation velocity profiles in analytical ultracentrifugation. It allows to study complex solvent compositions with small amounts of protein.
The protein – protein interactions of Hm MalDH in various salt solvents were characterised by smallangle scattering of neutrons or X-rays. The A2 and the solution structure factors were analysed with DLVO-like interaction potentials. The repulsive interactions arise mainly from the excluded-volume term and to a lesser extent from the electrostatic term. The attractive interactions appear to be qualitatively correlated to positive or negative values of the preferential salt biding parameters. These results also allow to explain the molecular adaptation of halophilic proteins that require a solvation rich in salt in order to remain soluble.
The crystallisation by dilution of Hm MalDH in various mixture of salt – MPD (2-methy-2,4-pentanediol) is correlated with a slow evolution from repulsive to moderately attractive protein – protein interactions. MPD modifies the protein – protein interactions by adding an attractive term that arises from the repulsion of MPD by the charges on the protein.
To which extent do protein – solvent interactions influence protein – protein interactions ? In the present thesis, these two kinds of interaction have been put in relation for the malate dehydrogenase (Hm MalDH) from Haloarcula marismortui. This halophilic protein is very acidic and is solvated by large amounts of water and salt.
We have developed a new method for the determination of the second virial coefficient A2 by modelling the sedimentation velocity profiles in analytical ultracentrifugation. It allows to study complex solvent compositions with small amounts of protein.
The protein – protein interactions of Hm MalDH in various salt solvents were characterised by smallangle scattering of neutrons or X-rays. The A2 and the solution structure factors were analysed with DLVO-like interaction potentials. The repulsive interactions arise mainly from the excluded-volume term and to a lesser extent from the electrostatic term. The attractive interactions appear to be qualitatively correlated to positive or negative values of the preferential salt biding parameters. These results also allow to explain the molecular adaptation of halophilic proteins that require a solvation rich in salt in order to remain soluble.
The crystallisation by dilution of Hm MalDH in various mixture of salt – MPD (2-methy-2,4-pentanediol) is correlated with a slow evolution from repulsive to moderately attractive protein – protein interactions. MPD modifies the protein – protein interactions by adding an attractive term that arises from the repulsion of MPD by the charges on the protein.
La cellule est un milieu très concentré où les interactions entre macromolécules, même faibles, jouent un grand rôle dans leur solubilité et dans l'assemblage des complexes labiles assurant les fonctions biologiques. Les interactions faibles entre protéines déterminant la non-idéalité de leurs solutions vont aussi gouverner leur cristallisation.
Dans quelle mesure les interactions protéine – solvant influencent-elles les interactions protéine – protéine ? Nous avons mis en relation ces deux types d'interactions pour la malate déshydrogénase (Hm MalDH) de Haloarcula marismortui, protéine halophile très acide qui a des solvatations variées et très riches en eau et en sel.
Nous avons développé une nouvelle méthode de détermination du second coefficient du viriel A2 par la modélisation des profils de vitesse de sédimentation en ultracentrifugation analytique, qui permet l'étude de solvants complexes.
Les interactions protéine – protéine de la Hm MalDH en divers sels ont été caractérisées par diffusion de neutrons ou de rayons X aux petits angles. Les A2 et les facteurs de structure en solution ont été modélisés par des potentiels d'interaction de type DLVO. Les interactions répulsives sont principalement dues au terme de volume exclu et dans une moindre mesure au terme électrostatique. Les interactions attractives sont qualitativement corrélées à des valeurs positives ou négatives des paramètres d'interaction préférentielle avec le sel. Ces résultats permettent d'expliquer l'adaptation moléculaire des protéines halophiles qui doivent ainsi avoir une solvatation riche en sel pour rester soluble à haut sel.
La cristallisation par dilution de la Hm MalDH dans des mélanges sel – MPD (méthyl-2-pentanediol-2,4) résulte d'une lente évolution des interactions protéine – protéine, de répulsives à modérément attractives. Le MPD modifie les interactions protéine – protéine en divers sels en ajoutant une attraction qui est liée à la répulsion du MPD par les charges de la protéine.
Dans quelle mesure les interactions protéine – solvant influencent-elles les interactions protéine – protéine ? Nous avons mis en relation ces deux types d'interactions pour la malate déshydrogénase (Hm MalDH) de Haloarcula marismortui, protéine halophile très acide qui a des solvatations variées et très riches en eau et en sel.
Nous avons développé une nouvelle méthode de détermination du second coefficient du viriel A2 par la modélisation des profils de vitesse de sédimentation en ultracentrifugation analytique, qui permet l'étude de solvants complexes.
Les interactions protéine – protéine de la Hm MalDH en divers sels ont été caractérisées par diffusion de neutrons ou de rayons X aux petits angles. Les A2 et les facteurs de structure en solution ont été modélisés par des potentiels d'interaction de type DLVO. Les interactions répulsives sont principalement dues au terme de volume exclu et dans une moindre mesure au terme électrostatique. Les interactions attractives sont qualitativement corrélées à des valeurs positives ou négatives des paramètres d'interaction préférentielle avec le sel. Ces résultats permettent d'expliquer l'adaptation moléculaire des protéines halophiles qui doivent ainsi avoir une solvatation riche en sel pour rester soluble à haut sel.
La cristallisation par dilution de la Hm MalDH dans des mélanges sel – MPD (méthyl-2-pentanediol-2,4) résulte d'une lente évolution des interactions protéine – protéine, de répulsives à modérément attractives. Le MPD modifie les interactions protéine – protéine en divers sels en ajoutant une attraction qui est liée à la répulsion du MPD par les charges de la protéine.
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