Transcript Structure des proteines en FCB
STRUCTURE DES PROTÉINES BASES DE LA BIOLOGIE STRUCTURALE
Intérêts : « drug design » (IEC), physio pathologie (HbS)
1 notion
1 méthode
1 exemple
des pré-requis : - chimie bio organique : acides aminés (20 AA fondamentaux) et oses, acides gras biologie cellulaire : fonctions des protéines, acides nucléiques, structure et fonctions des membranes, organites, matrice extra-cellulaire biophysique : spectroscopies, spectrométries
I-
1 2 3 4-
DÉFINITIONS ET CLASSIFICATIONS
PEPTIDES ET PROTÉINES amidification – classification selon longueur de la chaîne CLASSIFICATION DES PROTÉINES SELON LEUR COMPOSITION holo et hétéro-protéines (glyco-, lipo-, phospho-, métallo-, chromo-) CLASSIFICATION DES PROTÉINES SELON LEUR STRUCTURE GLOBALE 1 ou plusieurs chaînes polypeptidiques CLASSIFICATION DES PROTÉINES SELON LEURS STRUCTURES 2 RES protéines globulaires : classes
,
,
/
,
+
protéines fibrillaires (fibreuses) : 1 type 2 re + superstructure 4 re
II-
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LIAISON PEPTIDIQUE ET STRUCTURE 1
RE 4 niveaux structuraux PROPRIÉTÉS DE LA LIAISON PEPTIDIQUE mésomérie
distances interatomiques diminuées, coplanéité des atomes, conformation trans bloquée, NH non ionisable, flexibilité par rotations sur les axes C
- C et C
-N NOMENCLATURES - orientation conventionnelle: N 1 --- C n Phe – Val – Asn – Glu – His – Leu 1 2 3 4 5 6 F V N Q H L définition de la structure 1re : séquence et séquençage
3 4 OLIGOPEPTIDES - POLYPEPTIDES propriétés organoleptiques caractère amphotère : définition du pI (zwitterion) caractère amphiphile - hydrolyses : chimiques (HCl, NaOH, CNBr) et enzymatiques (amino-, carboxy-, endo-peptidases) exemples d’oligopeptides d’intérêt biologique : glutathion, insuline, endorphines… SÉQUENÇAGE DES PEPTIDES ET PROTÉINES méthodes chimiques (Sanger, Edman/PITC) et par la génétique moléculaire (cDNA et code génétique) résultats dans les protéines globulaires et fibreuses
III-
1 2-
STRUCTURE 2
RE DÉFINITION repliement régulier, périodique (hélice
, feuillet
) ou non (coude
)
angles
(C
-C) et
(C
-N) rôle des liaisons H - diagramme de Ramachandran: conformations stables HÉLICE
modèle
kératine et hémoglobine, myoglobine :
et
du même signe, liaison H/n + 4, 3,6 résidus/tour, hélice droite (3,6 - 13)
plus rarement : hélice 3,6 - 13 gauche hélice
(liaison H/n + 5) hélice 3 - 10 (liaison H/n + 3, 3 résidus/tour) - AA favorisant 3 4 FEUILLET
- conformation
: modèle
kératine (
- associations de brins
en feuillet : liaisons H parallèle ou anti-parallèle (+ stable) - 40 °,
+ 60 °) « épingles à cheveux » - AA favorisant
type I et II (Gly); coude
STRUCTURES NON PÉRIODIQUES - coudes
(2 re apériodique) : cis-Pro (6 %)
sites de modifications post-traductionnelles (P, chaînes glycaniques…)
5-
- boucles : jonctions stables « pelote statistique » : modèle polyAsp ou polyGlu SUPER-STRUCTURES 2 RES :
-boucle-
« fagot »
(sites de liaison du Ca hemoglobin form » 2++ , de l’ADN…) (4 hélices antiparallèles) : « the : motif grec, « tonneau »
feuillets
(antiparallèles), parallèles : « hélice
»
/
IV-
1 :
(motif de Rossman/déshydrogénases à NAD+) « tonneau »
/
, « feuille torsadée », « sabot »
/
/
/
(enzymes glycolytiques : HK, TPI, PK) + +
(tyrosyl-tRNA synthétase) (carboxypeptidases : Zn 2+ )
STRUCTURE 3
RE DÉFINITION conformation privilégiée (thermodynamiquement stable : entropie minimale), aspects tridimensionnels/repliements multiples dont ceux du 2 re relations structure/activité : adaptations conformationnelles (efficacité catalytique des enzymes, reconnaissances AG/AC et récepteur /ligand)
2 3 MAINTIEN DE LA STRUCTURE 3 RE Liaisons stabilisatrices :
S - ponts disulfure : Cys adjacentes en 3D - interactions faibles : liaison ionique par interactions électrostatiques, liaison H, interactions hydrophobes (forces de Van der Waal’s) DÉNATURATION emploi de réducteurs :
ME, DTT
dénaturation partielle ponts disulfure intra- et inter caténaires (Ig) dénaturations thermique, chimique (pH extrêmes, précipitations au pI et aux sels neutres, emploi d’agents dénaturantss type urée et SDS)
4 LE REPLIEMENT CONFORMATIONNEL Définition : co-traductionnel
polypeptide replié .
.
biologiquement actif aspects thermodynamiques et cinétiques : intermédiaires à la recherche du repliement de plus faible
S phase rapide : nécessité « chaperons » moléculaires phase lente : spontanée (thermodynamie) Les chaperons protéiques (chaperonines et HSP, protéino-disulfure-isomérases/ponts SS, peptidyl-prolyl isomérase/cis-Pro)
exemple du système GROEL/GROES
Aspects cinétiques : < 100 AA : sans intermédiaire (0,1 - 1 s) > 100 AA : intermédiaires guidés par chaperons (1 - 1000 s)
« molten-globule » : enfouissement des résidus hydrophobes, importance des coudes et des ponts SS - Familles et super-familles de repliement : conservation phylogénique (structurale/super 2 re et domaines, mais fonctionnel prime sur le structural/super-familles)
exemple : les sérine-protéases (conservation du site actif)
V-
1 2-
STRUCTURE 4
RE DÉFINITION association spécifique de plusieurs chaînes polypeptidiques par liaisons faibles, non covalentes ; définition différente pour protéines fibreuses notion d’oligomérie (monomères identiques ou protomères différents/gènes différents à expression coordonnée), structure symétrique MODÈLE DE L’HÉMOGLOBINE Structure 4 re et allostérie
3 L’ALLOSTÉRIE, UN EXEMPLE DE TRANS CONFORMATION équilibre entre plusieurs conformères : 2 (T/R) : théorie de Monod-Wyman-Changeux plusieurs conformères selon le nombre d’oligomères : Koshland relations avec activité biologique (protéines de transport, récepteurs/effets homotropes des ligands, enzymes allostériques/effets homotropes des substrats et hétérotropes de ligands)
régulations métaboliques cellulaires et physiologiques
VI-
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HÉTÉROPROTÉINES ET MODIFICATIONS POST-
-
TRADUCTIONNELLES
PHOSPHOPROTÉINES ET PHOSPHORYLATIONS protéine-kinases/phosphatases spécifiques - sites de phosphorylation : -OH (Ser, Thr, Tyr) MÉTALLOPROTÉINES Cations métalliques ou alcalino-terreux/liaisons de coordination GLYCOPROTÉINES ET GLYCOSYLATIONS chaînes glycaniques : O et N-glycosyl-protéines - OH Ser/Thr
GalNAc, NaNa NH Asn/séquence consensus
GlcNAc/pentasaccharide de base trois grands types d’isoglycanes
antennés ramifiés et
4 5 propriétés biologiques déglycosylations chimiques et enzymatiques LIPOPROTÉINES formes circulantes (plasmatiques) micellaires des lipides : apolipoprotéines PROTÉINES MEMBRANAIRES protéines périphériques protéines intégrées : 1 TM, 4 TM (canaux ioniques), 7 TM (bactériorhodopsine) ; hélice
et hydrophobie (diagramme d’hydrophobie) ; ancrages lipidiques (glypiation, isoprénylation…)
VII-
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QUELQUES GRANDES FAMILLES DE PROTÉINES GLOBULAIRES
ALBUMINES structure et fonction de transport et maintien de la pression oncotique IMMUNOGLOBINES bases structurales des principales classes : relations structure/fonction PROTÉINES LIANT L’ADN (
boucle
, doigts à Zn, « leucine-zipper ») interactions protéines-ADN
VIII-
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QUELQUES PROTÉINES FIBRILLAIRES
LES KÉRATINES (
,
, fibroïne) PROTÉINES CONTRACTILES (actine/myosine, tubuline du cytosquelette) LES COLLAGÈNES
IX-
1-
MÉTHODES D’ÉTUDES DES PROTÉINES ET DE LEUR STRUCTURE
PURIFICATION préparatives) (extraction, fractionnement, chromatographies et électrophorèses 2 ÉTUDE DES PROPRIÉTÉS PHYSICO-CHIMIQUES - composition (en AA, en groupements prosthétiques) et séquençage détermination de la taille et de la masse moléculaire
3 4 5 MÉTHODES DE DÉTERMINATION 3D spectrométries : directe et UV/visible, dichroïsme circulaire (taux d’hélicité), en fluorescence - radiocristallographie et RMN-2D MÉTHODES DE PRÉDICTION INTERACTIONS PROTÉINE-LIGAND (analyse de Scatchard, coopérativité moléculaire)