LES PROTEINES
Principaux constituants du
vivant
PLAN
I. Spécificité des protéines liées à leur
II. Spécificité de fonction des protéines liées à leur
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 à leur
• Composés !343 3
) . 2 "
Ex : décomposition à chaud de l'albumine libération d'ammoniac NH3
5 HCl NH
4Cl
(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 aminé
secondaire = αααα -imino acide.
I. Spécificité de
67/ 8
'9 1
:
a) Les groupes acides et amines sont complètement ionisés
dans 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 ionisés
b) 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 mais
pas 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 polaires b) Acides aminés polaires non chargés
Voir Doc n°1 = ! >
+
Doc. n°1 : les 20 acides aminés standards
<9 / 8
a) Acides aminés à chaînes non polaires b) Acides aminés polaires non chargés c) Acides aminés polaires chargés
Voir Doc n°1 !46 ?* >
2
@ 2
Doc. n°1 : les 20 acides aminés standards
<9 / 8
a) Acides aminés à chaînes non polaires b) Acides aminés polaires non chargés c) Acides aminés polaires chargés
d) 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 polaires b) Acides aminés polaires non chargés c) Acides aminés polaires chargés
d) Identification des acides aminés
e) 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 acide ascorbique)
Hydroxylysine
du @B (le stabilisent par liaison H)
. , acétylation ou phosphorylation ex. : ou protéines
ribosomiales
* * >
•Ex1. ?6C6 (γ-aminobutyric acid, produit de décarboxylation du glutamate),
Ex2. (produit de la tyrosine)
•Ex1. + (produit par tyrosine) médiateurs de réactions allergiques
Ex2 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
I. Spécificité de
67/ 8
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)
I. Spécificité de
67/ 8
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 β Val 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 fluorodinitrobenzène coloré
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 protéines
II. Spécificité de fonction et S3D
'9 . 2
;
a) Méthodes d'étude 1
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
Φ Φ
Φ Φ= Cαααα - N Ψ
Ψ Ψ
Ψ = 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 Anfinsen
1 @ ;
1
<9 .
- H
- H
- H
- H (permanents ou induits)-
H HH
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
; : ; 'GA
- 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 dipoles pemanents
! ; -
- 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 : ;'GJ - 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 protéines B. Feuillets/hélices/Tours = motifs
communs
II. Spécificité de fonction et S3D
'9 = β
< 8 '$ 1 3 : '$
-:<'L :<$L
Constitue 23 % de la structure II
des protéines Toutes les
liaisons H
possibles sont réalisées
////:F:F:F:FLLLL
Pour les FEUILLETS β les angles ϕϕϕϕ et ψψψψ sont équivalents et
d'environ + 180 °
Il existe deux catégories de feuillets β :
B B
Ex. de la Concanavaline Ex. métalloprotéase à Zn
B. Feuillets/hélices/Tours = motifs communs
1- Feuillets β
<9 4
! α :
Pauling et Corey (1951)
<A &
Toutes les liaisons H
possibles sont réalisées
K
/:%3$D
B : '3%$
A3J
Constitue 27 % de la structure II des protéines
! !α
M
@
ϕϕϕϕ :::: 9999$F$F$F$F° ψ
ψ ψ
ψ :::: 9999 DFDFDFDF°
- 4 -- 44
- 4
+
N 8
4*- !* α !
6 :
• hélices gauche type collagène
• hélice π
B. Feuillets/hélices/Tours = motifs communs
1- Feuillets β 2- Hélices
A9 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 protéines B. Feuillets/hélices/Tours = motifs
communs
C. 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
a) Fibroïne de la soie : feuillet ββββ souple
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)
a) Fibroïne de la soie : feuillet ββββ souple
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'activité enzymatique
- 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 : mee de 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 : mee de 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/?341 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 fonctionnels b) Insertion de protéines dans la membrane
<9
a) Récepteur/ligand b) Enzyme/substrat
A9 - @ ;
1
a) Exemple de la contraction de la fibre musculaire b) Généralisation à la mobilité cellulaire
