1 er semestre Valérie Brocheriou UE 1 BIOCHIMIE FICHE DE COURS 1 STRUCTURE DES PROTEINES

PIFO : VERSAILLES SAINT QUENTIN 1^er semestre 2020- 2021 – Valérie Brocheriou

UE 1

BIOCHIMIE

FICHE DE COURS 1

STRUCTURE DES PROTEINES

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STRUCTURE DES PROTEINES

Table des matières

I. Les acides alpha- aminés p.3

1) Classification p.3

2) Les propriétés physico- chimiques des acides aminés p.5 3) Les modifications post- traductionnelles des acides aminés dans les protéines

p.7

4) Les rôles des acides aminés p.8

II. Les protéines p.8

1) Définition p.8

2) Liaison peptidique p.8

3) Les différents niveaux de structure des protéines p.9

4) La structure tertiaire p.15

5) Structure 3D et chaperons p.18

6) La structure quaternaire p.18

7) Pathologies de conformation des protéines p.19

STRUCTURE DES PROTEINES

Les protéines sont composées d’une ou plusieurs chaînes peptidiques, identiques ou différentes, composées chacune de l’enchainement d’acides alpha aminés. Cette chaîne peut ensuite être modifiée par ajout d’ions, de sucres ou encore de lipides.

Les protéines font de 5000 à plusieurs millions de Daltons (unité de masse des protéines).

La chaîne d’acides aminés va adopter une certaine forme dans l’espace, qui lui confèrera sa fonction (conformation native). Les acides aminés hydrophobes seront responsables au sein de cette structure d’interactions hydrophobes, les acides aminés hydrophiles neutres de liaisons hydrogènes, et les hydrophiles chargés de liaisons ioniques.

I. Les acides -aminés

.

Les acides -aminés sont les constituants majeurs des protéines. Le carbone qui porte la fonction carboxyle, la plus oxydée, est nommé carbone alpha.

1) La classification

Attention : Dans votre classification, polaire = hydrophile et apolaire = hydrophobe

En fonction de la polarité du radical R, on peut distinguer 4 classes d’acides aminés : Classe 1 : Ni polaire ni apolaire, la glycine

Classe 2 : Les apolaires : Ala, Val, Leu, Ile (radical aliphatique) et Met, Pro, Phe, Trp Classe 3 : Les polaires neutres : Ser ; Thr ; Cys ; Tyr ; Asn : Gln

Classe 4 : Les polaires chargés His, Lys ; Arg (chargés +) et Asp ; Glu (chargés -) Cette polarité des radicaux va conditionner le reploiement tridimensionnel de la protéine.

1.1- Les acides -aminés à reste R apolaire aliphatique

Remarques :

- La glycine ne possède pas d’atome de carbone asymétrique

- La glycine n’est ni polaire ni apolaire = classe 1 des acides aminés

- La glycine possède le radical R le plus petit possible (R = H) ; pas de carbone asymétrique  pas de pouvoir de déviation de la lumière polarisée

- L’isoleucine possède deux atomes de carbone asymétriques - La proline possède un reste R cyclique ; amine secondaire

- La proline est le seul acide -aminé naturel à fonction amine secondaire

1.2- Les acides -aminés à reste R aromatique

Phe et Trp sont apolaires Tyr est polaire

L’histidine est aussi un acide aminé aromatique, mais dont l’absorbance est négligeable.

1.3- Les acides -aminés à reste R polaire non ionisable

1.4- Les acides -aminés à reste R polaire ionisable

1.5- Les acides -aminés à reste R à fonction alcool ou soufrée

1.6- Les acides non -aminés

Ils ne sont pas constitutifs des protéines mais peuvent intervenir dans le métabolisme, ou comme neurotransmetteurs :

- Ornithine et citrulline interviennent dans la synthèse de l’urée, le cycle de l’urée permettant l’élimination de l’azote « toxique » chez l’homme

- L’acide glutamique peut être décarboxylé en acide -aminobutyrique (GABA, neurotransmetteur)

- L’histidine peut être décarboxylée en histamine (neuromédiateur, impliquée dans les phénomènes allergiques)

- La tyrosine peut être hydroxylée sur le noyau aromatique pour donner la DOPA, qui sera décarboxylée pour former la dopamine

2) Les propriétés physico-chimiques des acides aminés

La présence d’une fonction acide carboxylique et d’une fonction basique (amine) confère aux acides aminés un caractère ampholyte.

On pose pour simplifier que pKa COOH / COO^-  = 2,0 et que pKa NH3+

/ NH2  = 9,2

2.2- Les propriétés spectrophotométriques

On retiendra que les acides -aminés aromatiques (Phe, Tyr, Trp) absorbent dans l’U.V. à max = 280nm (Phe plus précisément à 260 nm). On considèrera que les autres acides -aminés n’absorbent pas dans l’U.V. Les acides aminés aromatiques augmentent fortement l’absorption des protéines dans l’U.V. Ils permettent le dosage des protéines selon la loi de Beer- Lambert DO = lC.

3) Les modifications post-traductionnelles des acides aminés dans les protéines

De nombreuses modifications post-traductionnelles sont réalisables sur les acides aminés dans les protéines. Seules les plus importantes figurent dans le tableau ci-dessous.

Les principales modifications post-traductionnelles des acides aminés Phosphorylation Acétylation Hydroxylation Méthylation Ponts

disulfures Glycosylation

Sérine OUI OUI

Thréonine OUI OUI

Tyrosine OUI

Lysine OUI

(Ex : Histones)

OUI (Ex : Collagènes)

OUI (Ex : Histones)

Histidine OUI

Proline OUI

(Ex : Collagènes)

Asparagine OUI

Cystéine OUI

L’extrémité NH2 terminale des acides aminés peut être protégée par acétylation L’acide aspartique et l’acide glutamique peuvent subir des réactions de carboxylation

La cystéine est le seul acide aminé capable de réaliser des ponts disulfures (les ponts disulfures s’établissent entre deux cystéines cystine)

4) Rôles des acides aminés

 Structural : leur enchaînement linéaire confère la structure primaire de la protéine

 Fonctionnel :

o GABA : neurotransmetteur

o Précurseurs d’hormones, de neurotransmetteurs, d’acides nucléiques, etc…

(Tyr  DOPA) o Métabolique :

 Transportent et éliminent l’azote (cycle de l’urée)

 Substrats énergétiques : production d’ATP (<15% production totale d’énergie)

 Précurseurs de glucose (néoglucogenèse) ; principaux acides aminés glucoformateurs = Ala ; Gly ; Ser ; Cys

II. Les protéines

1) Définition

Les protéines sont des polymères non branchés d’acides aminés qui s’enchaînent par liaison peptidique (liaison amide). Les protéines sont issues de la traduction des ARNm par les ribosomes et les ARNt.

Notez que les peptides peuvent être synthétisés :

- comme les protéines donc avec intervention des ribosomes pour certains

- Sans intervention de ribosomes pour d’autres (Ex : le glutathion). Dans ce cas des complexes multienzymatiques interviennent.

2) La liaison peptidique et ses caractéristiques

Dans un peptide ou dans une protéine, la liaison peptidique s’établit par condensation entre le -COOH d’un acide aminé et le -NH2 de l’acide aminé suivant, avec élimination d’une molécule d’eau (voir schéma ci-dessous : dipeptides Ala – Gly et Ala – Pro).

Le premier acide aminé correspond à l’extrémité N-terminale Le dernier acide aminé correspond à l’extrémité C-terminale

Convention d’écriture : toujours le Nter à gauche et le Cter à droite = ordre d’incorporation des AA pendant la traduction = ordre de lecture des codons sur l’ARN messager.

La liaison peptidique formée est :

- Une liaison forte (covalente), polaire, non chargée, sans propriété acido-basique (ne s’ionise pas dans l’eau, ne se protone pas dans l’eau)

- Très résistante à l’hydrolyse chimique (voir méthodes)

- Une liaison plane : la stabilisation par résonance confère à la liaison peptidique un caractère partiel de liaison double. Ainsi la liaison C–N a une longueur intermédiaire entre liaison simple et liaison double

- De configuration trans privilégiée car plus stable (cis possible, surtout dans le cas de la proline mais reste minoritaire) : en effet, le caractère liaison double partielle entraîne un empêchement de rotation autour de la liaison C-N.

- Capable d’établir des liaisons hydrogène (CO accepteur, NH donneur)

3) Les différents niveaux de structure des protéines (ou des peptides)

A partir du gène, on obtient la séquence primaire de la protéine puis, par intervention parfois de chaperons, le reploiement de la protéine. Les différentes structures indiquent l’organisation respective des acides aminés.

3.1- La structure primaire des protéines

C’est l’enchaînement simple des acides aminés (qui composent le peptide ou la protéine) les uns à la suite des autres par liaisons peptidiques. La structure primaire est génétiquement déterminée. Elle conditionne les structures secondaires et tertiaires des protéines. Une protéine de structure primaire n’a généralement pas d’activité biologique.

3.2- Les structures secondaires des protéines

Cette structure définit la position relative de deux acides aminés contigus ; si cette position est répétitive, on obtient des structures régulières en hélice ou en feuillet.

Les propriétés physico-chimiques de la liaison peptidique impliquent des arrangements spatiaux particuliers pour la chaîne polypeptidique (voir schéma ci-dessous).

En effet, le caractère partiel de double liaison empêche la libre rotation autour de la liaison peptidique C-N. On peut donc définir la position relative des restes R de deux acides aminés consécutifs par les angles de torsion ,  tels que :

-  définit la rotation autour de la liaison C – C

-  définit la « rotation » autour de la liaison peptidique CO – N : 180° trans ou 0° cis (les atomes C, O, N et H formant la liaison peptidique étant coplanaires)

-  définit la rotation autour de la liaison N – C2.

Une chaîne polypeptidique va ainsi s’organiser en segments dans lesquels un couple d’angle (,) peut se répéter, définissant ainsi une structure secondaire régulière (si le couple se répète) ou irrégulière.

Seul un nombre limité de couples (,) est permis, de par la taille des différents restes R des acides aminés qui composent la chaîne polypeptidique.

Ces couples sont traduits graphiquement par les diagrammes de Ramachandran et correspondent aux interactions minimales entre ces restes R

Chaîne polypeptidique : mise en évidence des angles de torsion , 

Diagramme de Ramachandran

3.2.1- Les structures secondaires régulières de type hélice

Il existe de nombreuses structures en hélice, les caractéristiques des principales étant décrites dans le tableau ci-dessous. Les hélices  étant les plus communément rencontrées, elles sont décrites par la suite plus en détail.

Hélice  Hélice 310 Hélice Π Hélice de collagène (//) (-57/-47/180) (-49/-26/180) (-80 à -57 / 130 à /155/180)

Pas de l’hélice 1,5Å / 100° 2,0Å 3,1 Å

Résidus / tour 3,6 3,0 4,4 3

Sens de rotation Droite (gauche rare)

Droite Gauche (triple hélice droite)

Liaisons H Entre n et n+4 Entre n et n+3 Entre n et n+5 Stable

Etirement moyen

Etirée Rare

Aplatie Très rare

Les principaux types d’hélice dans les protéines

3.2.1.1- L’hélice 

- Les carbones  des acides aminés forment le squelette de l’hélice (schéma (a)), consistant en une hélice droite le plus souvent (s’enroule dans le sens des aiguilles d’une montre)

- L’hélice  est stabilisée par liaisons hydrogène (liaisons faibles) entre les C=O et les NH des liaisons peptidiques (NH de l’acide aminé n° i et CO de l’acide aminé n° i + 4, schéma (c))

- Les liaisons hydrogènes sont toutes orientées dans le même sens, parallèles à l’axe de l’hélice (formation de dipôles peptidiques alignés, schéma (b))

- Les radicaux R des acides aminés pointent vers l’extérieur de l’hélice avec un décalage de 100°

- La proline est interdite dans l’hélice  car elle ne peut pas engager sa liaison peptidique (amide tertiaire donc pas de H) dans une liaison hydrogène

- La glycine est interdite dans l’hélice  car son radical R ne peut satisfaire les conditions (,) imposées par la structure

- Des AA de mêmes charges ou trop volumineux en i et i+4 défavorisent la structure - Une hélice  peut être totalement hydrophobe (ne comporte que des acides aminés

hydrophobes) : les hélices  forment fréquemment les passages transmembranaires des protéines

- Une hélice  peut être totalement hydrophile (ne comporte que des acides aminés hydrophiles)

- Une hélice  peut être amphiphile : une face hydrophile et une face hydrophobe : un ensemble d’hélices  amphiphiles forment fréquemment les pores des canaux ioniques de telle façon que les faces hydrophobes sont au contact de la bicouche lipidique et les faces hydrophiles forment l’intérieur du canal

Hélice  : squelette (a), dipôle (b), liaisons hydrogène (c)

3.2.1.2- Caractérisation d’une hélice : méthode de la roue hélicoïdale

Cette technique de représentation permet la mise en évidence du caractère hydrophobe, hydrophile ou amphiphile d’une hélice  (voir schéma ci-dessous).

Dans cette méthode, chaque résidu d’acide aminé est projeté sur un cercle dans un plan perpendiculaire à l’axe de l’hélice. On obtient la roue en se rappelant que les restes R de deux acides aminés consécutifs sont décalés d’un angle de 100°.

Lorsque la roue est tracée et que vous devez disposer correctement les acides aminés dessus, l’acide aminé n°2 est à 5 points du n°1, le n°3 est à 5 points du n°2…(voir le schéma ci- dessous).

Hélice  amphiphile (= amphipathique) : les acides aminés hydrophobes sont groupés du côté droit de la projection, les acides aminés hydrophiles sont du côté gauche

3.2.1.3- L’hélice de collagène

- Riche en prolines et en glycines : Répétition de triplets motif de séquence (Gly – X – Y)_n X et Y étant des acides aminés quelconques (souvent proline pour X ou hydroxy- proline / hydroxy-lysine pour Y)

- Riche en acides aminés atypiques 3-hydroxy-proline, 4-hydroxy-proline, 5- hydroxy-lysine obtenus par modifications post-traductionnelles

- Hélice gauche : Association de 3 hélices gauches en décalage de 1/3 pour former une triple hélice droite = tropocollagène

- Stabilisation de l’hélice gauche par liaisons hydrophobes : la proline réalisant des liaisons peptidiques amides tertiaires, il n’y a pas de H disponible pour réaliser des liaisons hydrogène. De plus, l’encombrement du cycle proline interdit les couples (,) favorables à l’hélice 

- Stabilisation de la triple hélice droite par :

- Liaisons hydrogènes inter-chaînes entre les C=O et les NH des liaisons peptidiques (Pro- Gly ; Lys- Gly ; HO-Pro- Gly) (pas de liaisons hydrogène intra- caténaires !)

- Liaisons hydrogènes inter-chaînes mettant en jeu les OH des hydroxy- prolines

- Liaisons hydrophobes

- Ponts disulfures aux extrémités non torsadées

1. Synthétisée en intracellulaire sous forme de procollagène : 2 chaînes alpha se dimérisent via un domaine particulier, puis arrivée de la 3^ème chaîne ; mise en place de ponts disulfures dans 2 domaines du trimère puis association des 3 hélices  procollagène

2. Clivage des extrémités Nter et Cter  tropocollagène 3. Sécrétion

4. Tropocollagène assemblé en extracellulaire en fibres de collagène tissu- spécifiques

Les 3 hélices peuvent être identiques ou différentes ; 1 gène ancestral donne naissance aux 3 chaînes ; 28 combinaisons possibles de chaînes

1 exon du gène code en moyenne pour 6 motifs (Gly- X- Y) et 50 exons en moyenne par gène

3.2.2- Les structures secondaires régulières de type feuillet 

Ce sont des feuillets vrillés, flexibles et inextensibles, pouvant s’organiser en cylindre.

Feuillet  antiparallèle Feuillet  parallèle Formation et stabilisation

Association de brins  par liaisons hydrogènes entre les NH et les C=O des liaisons peptidiques orientés vers l’intérieur du feuillet. Les séquences d’acides aminés formant les brins  sont parfois très éloignées dans une même chaîne polypeptidique

Connexion entre deux brins

 Coude  le plus souvent Boucles

Conformation des liaisons

peptidiques Trans

Distance entre deux résidus 3,3Å

Acides aminés interdits proline et glycine

Particularité des liaisons hydrogène - Conséquence

Les liaisons hydrogène sont bien perpendiculaires au plan du feuillet, ce qui confère une plus grande stabilité

Les liaisons hydrogène ne sont pas parfaitement perpendiculaires au plan du feuillet

Caractère hydrophile / hydrophobe / amphiphile

De par sa grande stabilité, est fréquemment hydrophile ou amphiphile (alternance de résidus hydrophobes / hydrophiles) donc en surface des protéines

Généralement hydrophobes, enfouis dans la structure protéique

Les liaisons peptidiques non engagées dans les liaisons hydrogène stabilisatrices du feuillet, ainsi que les restes R des acides aminés sont orientés vers l’extérieur du feuillet (au dessus ou au dessous du plan) et peuvent réaliser des contacts avec l’eau ou avec d’autres structures protéiques

Feuillet  antiparallèle et parallèle – Existence de feuillet  mixte

3.2.3- Les structures secondaires irrégulières de type coudes et boucles Coude

Nombre d’acides aminés 3 à 4 acides aminés

Stabilisation

Une liaison hydrogène :

- entre le C=O de l’acide aminé n° i et le NH de l’acide aminé n° i + 3 : coude 

- entre le C=O de l’acide aminé n° i et le NH de l’acide aminé n° i + 2 : coude  (moins fréquent)

Acides aminés fondamentaux

Proline et Glycine

La proline est fréquemment en position i + 1, jamais n°1, jamais n°4

La glycine est fréquemment en position i + 3 Entre n°1 et n°4 : Asn, Ser, Asp fréquemment

Intérêt Permet un changement d’orientation d’une chaîne polypeptidique. Ex : connexion de brins 

Localisation Enfoui dans la structure protéique ou en surface au contact du solvant

Les boucles sont des structures de 4 à 12 acides aminés, fréquemment placées en surface des protéines, au contact du solvant. Elles peuvent intervenir dans des phénomènes de reconnaissance, de catalyse (fixation d’un substrat) ; ex : 1- anti- trypsine (1AT vue avec Barouki)

Le coude 



3.3- Les structures super-secondaires (ou motifs structuraux) des protéines

Les structures super-secondaires sont des combinaisons simples de structures secondaires fréquemment retrouvées dans les protéines, caractérisées par une architecture spécifique et parfois par une fonction particulière (voir le tableau page 12).

4) La structure tertiaire

Il s’agit de la description de l’association des acides aminés éloignés en séquence primaire et rapprochés par des boucles et des coudes. Il s’agit de la structure spatiale de la protéine (disposition globale dans l’espace de l’ensemble des structures secondaires quelle que soit leur nature). Toutes les protéines possèdent une structure tertiaire.

Les boucles ont un rôle de jonction entre segments ; elles sont très flexibles et peuvent être impliquées dans des changements de conformation.

L’hydrophobicité des radicaux d’AA conditionne le reploiement : les AA hydrophobes définissent ainsi des domaines transmembranaires ou enfouis au cœur de la protéine.

Selon leur structure tertiaire, les protéines peuvent être classées en deux catégories : - les protéines globulaires : elles présentent généralement une activité enzymatique.

- les protéines fibreuses : ce sont généralement des protéines de structure (collagènes, kératines, élastine…).

4.1- La stabilisation de la structure tertiaire

Liaison forte (covalente) : Liaisons faibles

Eventuellement pont(s) disulfure(s) intra-chaîne ou inter-

chaînes polypeptidiques. On rappelle qu’un pont disulfure ne

peut s’établir qu’entre deux cystéines

Liaison de Van der Waals (3,5Å, 4kJ.mol^-1) : - Type dipôle permanent / dipôle permanent - Type dipôle permanent / dipôle induit - Type dipôle induit / dipôle induit

Les acides aminés neutres sont principalement engagés dans des interactions hydrogènes ; les acides aminés chargés dans des interactions ioniques ; les acides aminés hydrophobes dans des interactions hydrophobes.

 –  (motif  en épingle à cheveux)

Rencontré dans de très nombreuses protéines. Peut se répéter n fois ( – )n. Les hélices  sont connectées par des coudes

de 2 à 4 acides aminés caractérisés par une glycine en position n°2.

Les hélices sont disposées à 20° et établissent entre elles des contacts hydrophobes

Hélice – tour – Hélice

Fréquemment rencontré dans les protéines facteurs de transcription (liaison avec l’ADN). Dans ce cas les hélices 

sont disposées à environ 120°

Hélice –boucle – Hélice

Rencontré dans de nombreuses protéines. Ici, ce motif permet la fixation de Ca²⁺ dans la troponine C (intervention d’acides aminés acides Asp, Glu). Notez que Ca²⁺ se fixe sur

la boucle et pas sur les hélices

 –  (motif  en épingle à cheveux)

Rencontré dans de très nombreuses protéines. Peut se répéter n fois ( –  )n Nombreuses combinaisons possibles

 –  – 

Deux brins  parallèles (formant un feuillet) connectés par une hélice  pouvant se placer au dessus ou au dessous du

plan du feuillet. Ce motif peut se répéter ( –  – )n

 –  – 

Deux brins  antiparallèles (formant un feuillet) connectés à une hélice .

Exemple : la structure doigt de zinc, rencontrée dans de nombreuses protéines facteurs de transcription. Présence caractéristique de cystéines et d’histidine pour la chélation

du zinc (Zn²⁺)

Les principales structures super-secondaires

4.2- Structure tertiaire et domaines

4.2.1. Définition d’un domaine

Un domaine correspond à une zone d’association compacte de structures secondaires et / ou de superstructures secondaires. Il constitue une unité fondamentale structurale et souvent fonctionnelle d’une structure tertiaire. Une structure tertiaire peut donc être constituée de plusieurs domaines de structures et de fonctions différentes, reliés entre eux par des structures irrégulières de chaîne polypeptidique. On admettra qu’il n’existe pas de différence entre domaine et sous unité.

Une région de la protéine pouvant être fonctionnellement individualisée est un domaine (domaine de fixation d’un ligand ; domaine de dimérisation ; domaine catalytique ; etc…) Un domaine peut aussi être défini comme une région de la protéine présentant une homologie de séquence avec une autre molécule.

Un domaine enfin peut être une unité de reploiement (domaine en feuillet ou domaine en hélice).

4.2.2. Différents types de domaines – Exemples fondamentaux d’architecture

Type de domaine Exemple Architecture

Domaines  : hélices  associées par contact hydrophobe (cœur hydrophobe), fréquemment antiparallèle connectées par des boucles et disposées à 20°, 50°, 90°, ce qui facilite l’empaquetage de la structure

Hormone de croissance Fagot d’hélices  (4 hélices) Cytochrome b-562,

Myohémiérythrine, Ferritine

Fagot d’hélices  (4 hélices) pour de nombreuses protéines à noyau hème (fixation du fer)

Myoglobine 8 hélices  connectées par des boucles.

Fixe le fer par un noyau hème

Histones 4 hélices 

Domaines : le plus souvent deux feuillets  antiparallèles formant un sandwich ou un feuillet  replié en tonneau . On n’observe que des brins  connectés par des coudes ou boucles.

Notez que la distinction entre tonneau et sandwich n’est pas claire, des systèmes partiellement en tonneau pouvant se former dans les structures sandwich (cas des immunoglobulines)

Rétinol binding protein (RBP),

Porines (protéines transmembranaires),

Green fluorescent protein (GFP)

Tonneau en méandres. Les résidus hydrophiles alternent avec les résidus hydrophobes, ce qui conduit à une face hydrophile et une face hydrophobe.

Le tonneau  est une alternative aux hélices  amphiphile pour réaliser des canaux transmembranaires

-cristalline,

Pré-albumine Tonneau à 2 motifs grecs

Super – oxyde dismutase (S.O.D),

Immunoglobuline

Sandwich  à motifs grecs. Les plans des feuillets  se font face. Fixation de ligand sur une boucle

Domaines  – : les deux motifs les plus fréquents sont :

- le tonneau  – 

- l’enroulement  -  (arrangement de Rossman)

Les feuillets  sont parallèles ou mixtes (plus rarement)

Triose phosphate isomérase, nombreuses

enzymes

Tonneau ( –  (ou TIM) : cœur hydrophobe formé d’un feuillet  - parallèle entouré d’hélices  amphiphiles pour assurer le contact avec le solvant et avec le feuillet. Le site actif est toujours en C-terminal et le substrat se fixe en partie sur les boucles

Enzymes fixant des coenzymes nucléotidiques (GADPH, flavodoxine

par exemple)

Sandwich ouvert ( –  –  – )2 = arrangement de Rossman

Domaines  +  : présence d’hélices et de feuillets séparés. Architectures mélangées

Ubiquitine, hexokinase, lysozyme

5)

La structure 3D requière parfois l’intervention de chaperons pour se mettre en place. La structure 3D est acquise progressivement pendant la traduction, et se mettent en place séquentiellement :

1. les liaisons hydrophobes 2. les liaisons hydrogènes 3. les liaisons de Van Der Waals 4. les liaisons ioniques

5. les ponts disulfures

On obtient ainsi la conformation dite native.

Il existe des chaperons de réparation de protéines endommagées ou mal reployées (ex : Hsp60) et des chaperons permettant l’acquisition de la structure 3D native (ex : Hsp70), qui empêchent les liaisons incorrectes.

Les Hsp70, liées aux ribosomes, sont ubiquitaires. Elles fixent la protéine hydrophobe en étant phosphorylées (charge – qui interagit avec les charges + des acides aminés). L’hydrolyse de l’ATP permet le changement de conformation de la protéine. Le chaperon est déphosphorylé après reploiement de la protéine.

Hsp60, en forme de tonneau, lie la protéine abîmée et l’hydrolyse de l’ATP là- encore permet le reploiement de la protéine. Si la réparation est impossible, la protéine sera dégradée. Hsp60 préviendra alors l’agrégation des protéines anormales.

Chez les Eucaryotes, il existe des chaperons spécifiques de protéine ou spécifiques de compartiment (ex : calnexine et calréticuline du REG).

6) La structure quaternaire

5.1- Définition – Structure quaternaire – Monomère - Protomère

Une structure quaternaire correspond à l’association d’au moins deux chaînes polypeptidiques identiques ou différentes par liaisons faibles. On dit aussi qu’une structure quaternaire est composée de sous unités, chaque sous unité formant un monomère.

Généralement, les différentes sous unités ont tendance à adopter un arrangement symétrique. Quand il existe des sous unités différentes, l’entité asymétrique à partir de laquelle le complexe symétrique est construit est appelé « protomère ». Un exemple classique est le protomère () de l’hémoglobine ()2. Le protomère correspond au plus petit ensemble fonctionnel.

5.2- L’assemblage d’une structure quaternaire – Torsade d’hélices

Les sous unités s’assemblent par mise en contact optimisée de surface de liaisons complémentaires. Par exemple une surface riche en acides aminés chargés négativement dans la sous unité A pourra faire contact avec une surface riche en acides aminés chargés positivement dans la sous unité B

Les structures en torsade d’hélices  droites, dites encore super-hélices gauches ou

« coiled – coil », permettent l’assemblage de deux sous unités par complémentarité entre surface d’interaction. Ce type de structure est toujours caractérisé par la répétition d’un motif heptade, tel que l’on retrouve régulièrement le même acide aminé hydrophobe tous les 7 résidus. L’exemple type est la structure Leucine Zipper, rencontrée dans de nombreuses protéines facteurs de transcription.

Les caractéristiques de la structure en hélice « coiled – coil »

Nombre de résidus par tour d’hélice 3,5

Point d’émergence des chaînes latérales Tous les 2 tours donc tous les 7 acides aminés Séquence caractéristique (Heptade)_n = (a, b, c, d, e, f, g)_n

Particularités de l’heptade

Présence de leucine ou isoleucine tous les 7 acides aminés (position « d ») + un autre acide amine hydrophobe en position « a ».

Ainsi, l’acide aminé « a » et l’acide aminé

« d » stabilisent la structure à tour de rôle

Exemple Leucine Zipper

Intérêt de la structure “leucine zipper »

Homo-dimérisation ou hétéro-dimérisation par association d’hélice  de chaque monomère

Exemples de protéines fibreuses à structure

« coiled coil »

Myosine, tropomyosine, fibrine, kératine (grande résistance mécanique)

7) Pathologies de conformation des protéines

La maladie de Creutzfeld Jacob se caractérise par une dépression, puis une démence et la mort de l’individu. Le cerveau présente une structure spongieuse avec des « vides » entre les cellules. Il existe des formes familiales laissant penser à une anomalie génétique.

Une autre maladie, le Kuru, atteint dans une tribu de Nouvelle Guinée (peuple des Fore) les femmes et les enfants, mais pas les hommes, ce qui laisse à penser à une transmission non génétique. Il s’agit aussi d’une encéphalopathie spongiforme transmissible.

Dans cette tribu, les hommes mangent les muscles des défunts (rite mortuaire), tandis que femmes et enfants consomment le cerveau.

L’agent infectieux a été dénommé « prion » et s’est avéré être une protéine mal conformée. La protéine cellulaire saine, PrPc, contient 40% d’hélices alpha (3 hélices). La protéine pathologique, PrPsc contient 30% d’hélices et 45% de feuillets : cette protéine mal conformée induit un changement de conformation de la protéine saine lors de l’infection, c’est- à- dire se comporte comme un chaperon.

Il existe donc des formes génétiques (mutation) et des formes transmises, acquises, pour lesquelles la séquence protéique est normale mais la protéine présente une mauvaise conformation.

Transmission : (barrières d’espèce) : Ovin- humain : -

Ovin- bovin : + Bovin- humain : + Humain- hamster : + Humain- rat : -