LES PROTEINES - Accueilbertrandcla.free.fr/Documents/PROT PPT.pdf · - Rôle d'autant plus important que le cœur de la protéine possède un D faible - Forces s'additionnent dans

LES PROTEINESPrincipaux constituants du

vivant

PLAN

I. Spécificité des protéines liées à leur ��

II. Spécificité de fonction des protéines liées àleur ��

III. Economies de moyen des protéines à��

�� !��Quantitativement • Présentes ��"��

les organismes (même virus)

• Chez l'Homme # $%&des substances organiques

• Dans une cellule animale = '('('('(& du poids frais

• Dans une bactérie> 2000 protéines

• Omniprésence et Abondance justifient leur nom(προτειον = je prends la première place)

�� !��Qualitativement ) *+�� du

fonctionnement cellulaire ) ��,��,=

complexe et définie avec précision

qui assure leur bon fonctionnement

� assemblage des constituants cellulaires

� catalyse des transformations chimiques

� production du mouvement

�� !��Historique • Rôle enzymatique

évident dès 1850• expression génétique

1940• rôle des lipides

membranaires 1960• rôle des polysaccharides

pas toujours connu

� L'hémoglobine prise comme exemple de protéine

-�.��*��

) /.�#�'%%�0��

• synthétisées à partir de petites molécules PM<1200 Da

• 1 Da = 1/12 masse du C• PM = Masse de la

particule / (1/12) masse de C

• 1 aa = 110 Da• donc 1000 aa = 110 kDa

= �� 1�� répétées+ liaisons ��2��

I. Spécificité des protéines liées àleur ��

� ��

• Composés �� !343�3�) .��2��"��

Ex : décomposition à chaud de l'albumine� libération d'ammoniac NH35 HCl �� NH4Cl (fumée blanche)

• ��

I. Spécificité de ��

/��

� à la �� en acides aminés � à la �� au �� 1�� et à �� des acides aminés

I. Spécificité de ��67�/��8 ��

20 acides aminés standards= groupe � �� + ��1�+��sur le même C

sauf la proline = groupe aminésecondaire = αααα-imino acide.


'9 ��1�� :��

a) Les groupes acides et amines sont complètement ionisésdans conditions physiologiques à pH=7 : pKCOOH = 2,2 �� carboxylate COO-pKNH2 = 9,4 �� ion ammonium NH3+

a.a = ampholytes

'9 ��1�� :��

a) Les groupes acides et amines sont complètement ionisésb) Les acides aminés sont des zwitterions

� /��;�� élevé ~ 300°C au lieu de 100°C

� Très ��1�� dans l'eau,assez solubles dans les solvants polaires maispas du tout dans les solvants organiques apolaires

'9 ��1�� <9 /�� 8 ��

a) Acides aminés à chaînes non polaires

Voir Doc n°1

Doc. n°1 : les 20 acides aminés standards

<9 /�� 8 ��

a) Acides aminés à chaînes non polairesb) Acides aminés polaires non chargés

Voir Doc n°1=��!��>� ��+��


<9 /�� 8 ��

a) Acides aminés à chaînes non polairesb) Acides aminés polaires non chargésc) Acides aminés polaires chargés

Voir Doc n°1 !46�?*��>� ��2�� @��2��


<9 /�� 8 ��

a) Acides aminés à chaînes non polairesb) Acides aminés polaires non chargésc) Acides aminés polaires chargésd) Identification des acides aminés

� 61��1�� à <A%�� +�� absorbent aussi dans les <$%9A%%��

� /��2�� >��énantiomères) en général ;�� ----

<9 /�� 8 ��

a) Acides aminés à chaînes non polairesb) Acides aminés polaires non chargésc) Acides aminés polaires chargésd) Identification des acides aminése) Autres acides aminés non standards

� !��=��.6�� (Ex antibiotiques actinomycine D)

� 6767�.��=�*� >

e) Autres acides aminés non standards

� 4��+��Hydroxyproline (15 à 30%par prolylhydroxylase qui nécessite acideascorbique)Hydroxylysinedu ��@B�� (le stabilisent par liaison H)

� .��, acétylation ou phosphorylationex. : �� ou protéinesribosomiales

� �*��*��>

• �� Ex1. ?6C6 (γ-aminobutyric acid, produit de décarboxylation du glutamate),Ex2. �� (produit de la tyrosine)

• �� Ex1. ��+�� (produit par tyrosine)médiateurs de réactions allergiquesEx2 4��

)�� 1�� importants

Ex !��, Ornithine (de la biosynthèse de l'urée)

!��!- �� 6�>

Propriétés physico-chimiques très variées des 20 acides aminés =� polarité� acidité/basicité� aromaticité� encombrement� flexibilité conformationnelle� capacité à former des liaisons covalentes/hydrogène

Un grand nombre de ces propriétés sont corrélées

Responsables de la grande diversité de propriétés des protéines


C7�/��8 ��

C7�/��8 ��

'9 !��

• Formée par ��• Liaison covalente ;��• Caractère à D%&��1��• C-N plus �� (1,33 Å) que C-Cα (1,46 Å) et C=O plus courte également de 0,02 Å• Conformation ��6�� plus stable (de 8kJ/mol) sauf avec Pro (coude!)

C7�/��8 ��'9 !��<9 -�� B��- ��@�� < 10 aa- /�� s.s < 50 aa- /��/��/��/�� = une ou plusieurs ��peptidiques- Pas d'embranchement (cf code génétique)- Combinaisons pas toutes réalisées

20100=1,27.10130 possibilités(nombre d'atomes dans l'univers ≅ 9.1078 le)


C7�/��8 ��

!7�/�� 1��8��

!7�/�� 1��8��7��7

'9 /�� 1��

- !��1�� complexe(dépend de la concentration saline du milieu)

- Utilisé pour ��B��

repérées par la ninhydrine(rouge violacée ou jaune pour proline)

!7�/�� 1��8��7��7

'9 .��;�� 1��<9 .��;��@�� FONCTION DE :

� �� 1��

Ex. 41� ;��;�� : 141aa sur chaîne α et 146 sur chaîne βVal 6 de chaine β (hydrophobe) au lieu de Glu (hydrophile)N.B : certaines modifications silencieuses

6��>�6��>�6��>�6��>��

� Préparation = séparer groupements prosthétiques / sous unités / ponts S-S

� Séquençage : fragmentation ( 20 à 60aa) par trypsine puis recoupement des séquences

� Méthode de Sanger automatisée = enlèvement séquentiel des aa terminaux + identifiication avec fluorodinitrobenzènecoloré

� Identification des aa

� absorption des UV� dialyse fonction de PM� point isoélectrique fonction de pKi,)

� Reconnaissance des protéines (par chromatographie 1, 2 ou 3D ou d'affinité, colonne, gel filtration ou ultracentrifugation)

Est-ce que la �2�� suffit pour

déterminer la �2�� ;�� protéiques

?

I. Spécificité de ��II. Spécificité de fonction des protéines liées à leur ��

��.��

• Spectrométrie (analyse du spectre de dispersion rotatoire)

• Analyse de viscosité• Analyse par diffraction aux rayons X

(l=0,1 à 0,2 nm � diagramme de diffraction) sur cristaux

• RMN jusqu'à 20.000 PM

A. Conformation native des protéinesII. Spécificité de fonction et S3D

'9 .��2��;��

a) Méthodes d'étude1��

�Conformation = S3D ± compactée stable dans des conditions physiologiques

�Structure native (reployée dans conditions physiologiques) présente caractéristiques uniques.

�Propriétés "moyennes" communes à toutes protéines dénaturées (déroulées)

� Diagramme de Ramachandran donne angles stériquement possibles

ΦΦΦΦ= Cαααα - NΨΨΨΨ = Cαααα - C=O

1- Mise en évidence de la conformation

��.��2�� >��'E$F�6�;��

1- Mise en évidence de la conformation<9 .��

Chances que le reploiement se fasse correctement :

(1/7)*(1/5)*(1/3)*(1/1)='G'%$

Reploiement = 10 h in vitro= 3 minutes in vivo

avec disulfure protéine-disulfide isomérase

a) Mise en évidence : 1957 Anfinsen1�� @�� ;��1��

<9 .��

-��H��-��H��-��H��-��H�� (permanents ou induits)-��H��H��H��H�� (forces de Van der Waals) = faibles mais nombreuses �stabilisent fortement les protéines.

� !��H�� - ex : entre COOH de 4,3. 10-30C.m disposés en série séparés de 5 Å dans un milieu D=4 � 9,3 kJ.mol-1

;��:�;��'G�A �

- Rôle d'autant plus important que le cœur de la protéine possède un D faible

- Forces s'additionnent dans structures où les dipôles des groupe amide et carbonyl pointent tous dans la même direction : ex feuillets β et hélices α

� !�� forces résultantes beaucoup plus faibles que dipolespemanents

� !��;��-��- Changement très rapides de répartition des électrons pour des molécules non polaires presque électriquement neutres- De l'ordre de 9%3A�0I7 ��9'(ex. CH4 vaporisé avec 8,2 kJ.mol-1, qui établi des contacts H...H avec 12 "voisins")- Diminue très rapidement avec la distance :�;�'G�J�- Très nombreuses (par reploiement protéique)�

��1��K

-La mesure de �� = prédire quelles portions hydroplile (vers l'int.) / quelles portions hydrophobe (vers l'ext.)

• Pauling et Corey (1951)

A. Conformation native des protéinesB. Feuillets/hélices/Tours = motifs communs

II. Spécificité de fonction et S3D

'9 =��β

<�8 '$�1��3�� :��'$�� -:<'L

�:<$L

� Constitue 23 %de la structure II des protéines

Toutes les liaisons H possibles sont réalisées

// //��

��

��

�� :�F:�F:�F:�FLL LL

Pour les FEUILLETS βles angles ϕϕϕϕ et ψψψψ sont équivalents et d'environ + 180 °

� Il existe deux catégories de feuillets β :

��B�� B��

Ex. de la Concanavaline Ex. métalloprotéase à Zn

B. Feuillets/hélices/Tours = motifs communs

1- Feuillets β<9 4��

!��α : Pauling et Corey (1951)

<A�& ��

Toutes les liaisons H possibles sont réalisées��K

/��:�%3�$D��

�� B��:�'3%$��

A3J��

� Constitue 27 %de la structure II des protéines

!��!α�� M ��@��

ϕϕϕϕ :��:��:��:��9999$F$F$F$F°ψψψψ :�:�:�:�9999 DFDFDFDF°

-��4-��4-��4-��4

��+�� N��8 ��

4*-�!*�α ��!�

6�� : • hélices gauche type collagène• hélice π

B. Feuillets/hélices/Tours = motifs communs

1- Feuillets β2- HélicesA9 6��2��

• Environ 50% des protéines

• Dès 60 a.a, ∃ boucle et/ou tour

*/��?-*�>�D�8 J��7�

4*-�!*�C� !-*�4*-�!*�>��@��J%°

!-*=�?�*!O *��*+7��

A. Conformation native des protéinesB. Feuillets/hélices/Tours = motifs communsC. Protéines fibrillaires (de structure) ou globulaires (à activité métabolique)

II. Spécificité de fonction et S3D

'9 /��;�1��

) �A��:��

) ��-*�:�� !� �*

a) Fibroïne de la soie : feuillet ββββ souple

Structure 3D de la protéine "fibroïne" de la soie


b) Kératine : association résistantes de 2 hélices αααα

2 hélices alpha =

1 super hélice gauche = protofilament

D= 3 nm

8 protofilaments =

1 microfibrille

D = 10 nm

10 millions microfibrilles =

1 cheveux (protégé par écailles)


b) Kératine : association résistantes de 2 hélices αααα

c) Collagène : un câble hélicoïdal dextre de trois hélices gauches très résistant

(cf. cours matrices extracellulaires )

C. Protéines fibrillaires ou globulaires

1- Protéines fibrillaires<9 /��@��1��8 ��2��

) *+7��4� �@��1��41�

) ��;;��P

1950 (J. KENDREW) .Q�?-�C��*�� 1��

/-6��4*.*

I. Spécificité de ��II. Spécificité de fonction liées S3D��7�/��8 ��

Nota : Organisation symétrique des protomères et chiralité

��7�/��8 �� 69 � ��2��: Cas des très grands assemblages

- Synthétiser petites sous unités (cf.préfabriqués)- Réparation aisée des défauts- Lieu de fabrication différent du lieu d'assemblage- IG nécessaire au codage des protéines plus courte

��7�/��8 �� 69 � ��2��: Cas des très grands assemblages

C9 � ��2��>

Cas des protéines à activité spécifique

Cas de l'Hb

- 1849 : observation cristalisée- 1909 : atlas de 109 espèces- (1926 : première enzyme : l'uréase de pois)- Masse moléculaire- ultracentrifugation et rôle physiologique- mutation liée au changement d'un seul acide aminé - Formulation de théories expliquant le contrôle de l'activitéenzymatique- Structure déterminée aux RX

41 :�/�� B��8 ��2��>

/��1�B �� >�� @��1��:

) ��,��0,��<

��

) ��B �� +�1��2��

R

1- Régulation de l'affinité d'un transporteur pour son substrat : cas de l'Hémoglobine pour O2

a) !��!��!��!��+�@��+�@��+�@��+�@�� de Mb et Hb : meede la prise en charge et du relargage de l'O2

1- Régulation de l'affinité d'un transporteur pour son substrat : cas de l'Hémoglobine pour O2

a) !��!��!��!��+�@��+�@��+�@��+�@�� de Mb et Hb : meede la prise en charge et du relargage de l'O2

b) Mécanismes moléculaires de la fixation de O2

c) Régulation allostérique de la fixation de 02

� Interprétation de l'allure sigmoïde des courbes d'activité

� Interprétation comparée de la structure 3D de Mb et Hb

� Notion d'allostérie

� Notion de transition forme T/R (Tendue / Relâchée) et Régulation allostérique

!��<3A�C�/��?��

- S<3A�C/?T�:�$� .��1��;�� (liaisons supplémentaires entre les protomères : se fixe dans une cavité centrale grâce à a.a chargé +) �favorise le relarguage de O2 dans les tissus

- 6�;��1��3�;�2��;��

- ��<3A�C/?3�41 ��1��@��< dans les tissus = plus d'effet allostérique (Hb se comporte comme Mb!)

- /�� dans conditions particulières ex. en altitude ( [2,3 BPG] augmente jusqu'à 8 mM)

Bilan :� �� >

- PO2 forte- CO2 faible- pH faible- Hb saturée : forme R (Hb(O2)4)

� ��@�� >

- PO2 faible- CO2 forte- pH élevé- Hb relargue tout son O2 : forme T

(désoxyHb)

1- Régulation de l'affinité d'un transporteur

2- Régulation de l'activité d'une enzyme non michaélienne : cas de l'ATCase

!��!- ��> La stabilité des conformations permet d'établir des interactions moléculaires

'9 �� a) Autoassemblages structuraux fonctionnelsb) Insertion de protéines dans la membrane

<9 �� a) Récepteur/ligandb) Enzyme/substrat

A9 -��@� ��;�� 1�� a) Exemple de la contraction de la fibre musculaireb) Généralisation à la mobilité cellulaire