Une grande famille
Evolution des hémoglobines
Flavoprotéine
Hémoglobine Flavohémoglobine de E. coli
Dans tous les domaines du vivant
● Bactérie et Archea
– FHb (Flavohémoglobines)
– Hb (Hémoglobines)
– TrHb (Hémoglobines tronquées)
● Algues et Protozoaires
● Végétal
– Leghémoglobines
– Hémoglobines
● Animaux
Dans tous les domaines du vivant
● Protéines très variables:
– Simple domaine hemoglobine, deux domaines, multiples domaines.
– Protéines chimères
– Protéines monomériques, dimériques...
Hémoglobine dimérique de Vitreoscilla
stercoraria
Construction d'un arbre
●
Un “gabarit”
– Il faut aligner des
séquences très disparates.
●
Evolution de fonction.
● C'est quoi un gabarit?
– Un patron qui donne les différentes possibilites aux differentes
positions...
● Il existe depuis longtemps un gabarit basé sur l'alignement de protéines des vertebrés (Bashford, Chothia et Lesk) mais il est mal adapté aux hémoglobines des non
vertebrés....
Moens et al. (1996) Mol. Biol.
Evol. 13: 324333
Construction d'un arbre
● Alignement structural...
– Il faut aligner les structures plutot que
simplement les séquences.
– Il faut definir les possibilités
● C'est quoi un gabarit?
– Un patron qui donne les differentes possibilites aux differentes
positions...
● Il existe depuis longtemps un gabarit basé sur l'alignement de protéines des vertebrés (Bashford, Chothia et Lesk) mais il est mal adapté aux hémoglobines des non
vertebrés....
Construction d'un arbre
● Le gabarit
– Il n'est pas tres exigeant, beaucoup de possibilites a certains positions.
– Seulement deux positions requises CD1 = F et F8 = H.
– S = surface, i = interne et req = requis.
Construction d'un arbre
● Le gabarit
– Les listes et penalties ne renforcent pas toujours nos conceptions des groupes d'acide amines.
– C2 – P – G – ST – AQ
– E7 – HQ – VL
– G12 – VILMF – T
– (RKDENQHGASCT)P
Construction d'un arbre
Hemoglobins
Plantes et metazoaires
Ciliates, Chlamydomonas et Nostoc Levures et Bactéries
Construction d'un arbre
Hemoglobins 16/18S ARN
Deux transferts horizontaux...
Ciliate/Chlamy ancetre vers Notoc
FlavoHem de S.cerveisiae vers protéobactéries
Evolution archaique
Origine archaique vers 2GYa (avant
l'aculumation d' O2), comme une protéine redox.
Note similitude avec d'autres protéines comme: phycocyanine, colicines, toxine diptherique, hemocyanine, cytochrome b2.
Avec l'augmentation de l'oxygene
atmosphérique role dans liaison d'oxygène mais differences dans liaison qui ne suivent pas l'arbre...
Les cousines distantes
Cytochrome c
Phycocyanine H B
Cyanobilin
Evolution archaique
Haute affinité evolution fréquente:
A – dissociation lente Lucida II
Ascaris
B – association rapide legHb des plantes Candida
Lucida I
Nouvelles membres
● Protéines d'aerotaxie des bactéries et d'archea
● Hou et al. (2000) Nature 403: 540544.
● Hou et al. (2001) PNAS 98: 93539358
● Zhang & Phillips (2003) Structure 11:
10971110
Deux protéines HemATHs et HemATBs.
Identifié en Halobacterium salinarum (un archae) et
Bacilus subtilis (un bactérie).
Des protéines de 489 (et 423) résidus avec deux parties....
HemAT
1 184 222 489
Domaine 1: 16% identité avec Mb.
Domaine 2: 30% identité avec les domaines de signalisation de certains MCP. (Protéines de chemotaxie acceptant des
methyls).
Comment determiner si elle lie l'héme et les ligands?
Son role pysiologique?
HemAT
Expression des protéines dans E. Coli et purification:
chromatographie echangeuse d'ions ou
chelation de metal et tamis moleculaire.
HemATHS
HemATHS(6xHis) HemATBS
HemAT
Spectres d'absorption des protéines purifiées tres similaires à
l'oxymyoglobine.
HemAT
Spectres d'absorption des protéines purifiées tres similaires à
l'oxymyoglobine de plus changements de spectres en desoxygenation et avec CO similaires.
HemAT
Suspiscion d'un role dans l'aerotaxie... comment le demontrer?
Construction et analyse de souches de deletion...
Par microscopie (champs noir).
HemAT
Determination des cinetiques de liaison d'oxygène...
par spectroscopie optique.
HemAT
Determination de la structure...
malheureusement que une partie de la molécule le domaine hemoglobin
Une protéine dimerique!
Estce vrai pour la protéine entière?
HemAT
Determination de la structure...
malheureusement que une partie de la molécule le domaine hemoglobin
Une extension N terminal avec une hélice
supplementaire (Z)!
HemAT
Determination de la structure...
malheureusement que une partie de la molécule le domaine hemoglobin
Modifications de la
structure quand liaison des ligands.
Rotation d'une tyrosine.
HemAT
Determination de la structure...
malheureusement que une partie de la molécule le domaine hemoglobin
Modifications de la
structure avec liaison des ligands.
Perte de symmetrie
HemAT
A quoi ca sert d'etre dimerique?
Comment l'information de liaison à l'oxygène est
transmise au(x) domaine(s) effecteur(s)?
Hémoglobines végétales Structures
On trouve des hémoglobines tronquées et deux types
d'hémoglobines chez les plantes. Les hémoglobines symbiotiques
(leghémoglobines) et les hémoglobines “non
symbiotiques”.
Hémoglobines végétales Rôles
L'hémoglobine tronquée chez Chlamydomonas
eugametos est induite par la photosynthèse. Elle est localisée dans des chloroplastes et joue un rôle de photoprotection. Comment?
Les leghémoglobines aident à la fixation
d'azote en augmentant le transport d'oxygène vers des bactéroides et en réduisant la
pression partielle d'oxygène dans les nodules.
Les hémoglobines nonsymbiotiques plusieurs rôles possibles:
reponse anaerobie, transport O dans les racines, oxydase
Hémoglobines végétales Rôles
Les leghémoglobines aident la fixation d'azote en augmentant le transport d'oxygène vers des bactéroides et en réduisant la pression
partielle d'oxygène dans les nodules.
Hémoglobines végétales Rôles
Les leghémoglobines aident la fixation d'azote en augmentant le transport d'oxygène vers des bactéroides et en réduisant la pression
partielle d'oxygène dans les nodules.
