Bioch Prot Flashcards
L histoire des aa, peptides et prot
Les protéines ont des rôles très variés :
- enzymes, canaux, structure, défense, transport, signal.
- Il y a environ 25’000 polypeptides différents chez l’humain ou la plante Arabidopsis.
On pense que la première « forme » de vie était probablement sous forme ARN mais les protéines ont rapidement pris le dessus et à s’occuper de toute les fonctions.
La seule fonction qu’elles ne font pas est la reproduction :
- elles utilisent pour cela les ARN.
- En effet, la liaison peptidique est une liaison crée par une ARN pure.
Les protéines se retrouvent sous plusieurs formes et à plusieurs lieu :
- des enzymes qui ont un rôle spécifique, des canaux qui permettent le contact avec le milieu externe, des protéines structurales sur la membrane.
- En effet, la cellule régule constamment, grâce aux protéines, ses quantités d’ions dans le cytoplasme. Pour cela, des barrières sélectives sont nécessaire, des lieux de faiblesse de la cellule.
Tant que le potentiel membranaire est maintenu et donc que la situation de non-équilibre est maintenu, la vie pourra perdurer.
Cependant, pour maintenir une situation en non-équilibre il est nécessaire d’apporter de l’énergie au système.
En effet, si nous prenons l’exemple des acides aminés, il est nécessaire de les garder en dehors de tout contact avec l’oxygène externe sinon une réaction de combustion aura lieu.
La source mère de toute énergie est le soleil. Notons que les organismes utilisent l’augmentation de l’entropie du soleil (libération d’énergie) pour baisser leur entropie et maintenir un « désordre » dans leurs cellules.
Les protéines, comme toute autre molécule, sont soumises à l’usure.
- En effet, le stress (par exemple la chaleur) ou encore l’oxydation cause la dénaturation des protéines qui vont exposer alors leurs parties graisseuses à l’eau.
Ces parties graisseuses vont prendre la conformation la plus favorable possible :- l’agglomération.
- Ainsi, on a une compaction des parties graisseuses de toutes les protéines qui les rendent inefficace.
On retrouve toute sorte de protéines :
La luciférase : émet de la lumière, rôle attractif chez les insectes.
L’hémoglobine : transport d’O2 et de CO2
La kératine : rôle de structure, rôle défensif chez les animaux
Les protéines permettent aussi de créer des structures bien plus complexes comme des moteurs moléculaires (Kinesin) ou la soie d’araignée.
Les aa
-structure, stereoisomerisme, connaitre les diff aa, aromatique (absorbtion)
- L’unite de base :
- l aa qui permet la formation de polymeres lineaires et parfois branches
- Structure :
- Atome central alpha
- Groupe amine : NH3+
- Groupe carboxyl (COO-)
- Chaine laterale (R)
- heterogeneite au polymere du genome humaine ayant une diversite de fonction
- determine fonction et structure
- Le stereoisomerisme chez les acides alpha-amines
- la majorite des aa sont de gauches (L-aa) mais il existe aussi des D-aa. Ce qui est plus rare
- le fait de posseder les deux (L et D) est un mecanisme de defense contre la degradation
- Cf les diff aa :
- polaires, non polaires, positif, negatif, sulfure, aromatique, acides, alcool…
- Quelques informations concernant les acides aminés :
Les carbones (CH2, CH3, ..) augmentent énormément l’hydrophobicité de la molécule.
Le soufre permet quelque interaction hydrophile.
Les acides aminés sont plutôt semblables et donc peuvent être inter changé avec plus ou moins de conséquence (mutation).
Les sites actifs d’une molécule ou d’un complexe sont souvent remplis d’histidine.
La tyrosine, malgré son hydrophobicité, possède une région –OH hydrophile.

les aa aromatiques
- Les Aromatiques :
- Phenylalanine, Tyrosine, Tryptophan
- a 260 nm les acides nucleique absorbent tres fort. a 280 ce sont surtour les Trp et la Phe. C’est un moyen de quantifier une prot
- détectés par UV à 280nm.
On peut donc très facilement les détectés et connaitre leur quantité dans une protéine. - En connaissant son coeff d extinction spe et a condition qu elle soit pure ou qu elle ne s ecarte pas trop de la distribution moyenne en Trp et Phe
- Phenylalanine, Tyrosine, Tryptophan
Proprietes aa
- Lors de la construction d’une protéine, un problème de facteur limitant peut ralentir la vitesse de synthèse.
- En effet, si les pourcentages du tableau ne sont pas respectés, la construction de la protéine peut être ralentie voir se stopper.
- Dans un polypeptide, seules les charges terminales et celles des groupements latéraux vont compter pour le point isoélectrique.
- En rouge, sur le schéma, sont les groupes ionisables à pH 7.0.
- En effet, comme les acides aminés, les peptides et les protéines ont un point isoélectrique (pI) ou ils ne bougent pas dans un champ électrique.
- Le point isoélectrique d’un acide aminé est défini comme étant le pH auquel cet acide aminé existe sous forme zwitterion (charge neutre).
- Ce pI dépend de la nature de la chaine latérale R. On pourra noter que :
Les acides aminés acides ont un pI vers 3
Les acides aminés basiques ont un pI vers 9
Les acides aminés neutres ont un pI légèrement acide vers 5-
6
- Normalement nous sommes censer retrouver 5% de chq prot. Cependant, il est possible d’en retrouvver plus ou moins :
- la cysteine est presente a 1.8%
- le Trp est present a 1,3%
- la leucine est presente a 9,1%
- Ces variations viennent du fait que certains sont appliques dans des sites actifs et d autres dans un role structurel (travail moins specifique)
- Dans un polypeptide, seules les charges terminales et celles des groupement lateraux vont compter pour le point isoelectrique.
- comme les aa, les peptd et les prot ont un point isoelectrq ou ils ne bougent pas dans un champ electrique
- pI :
- est definit a pH a charge neutre = zwitterion
- depend de la nature de la chaine
- les acides sont proches de 3
- les basique proche de 9
- les neutres sont proches de 5-6
- Formation du lien peptidique par condensation
- les chaines laterales servent a developper des relation avec le voisinage : quelle struct et fonction quelle va aquerir ?
- Il est aussi important de connaître la charge total d’une molécule par exemple lors d’une électrophorèse afin de savoir laquelle de l’anode ou de la cathode est préférable.
- En autre, connaître l’ensemble des acides aminés d’une protéine permet de tester la qualité et la quantité d’acide aminé dans un organisme.

Le processus de traduction
-ribosomes
- L’histoire de la formation de l ADN en prot
- Traduction :
- apres il est possible de “degrader pour en faire des news”, ce qui demande +++ energie = Homeostasie des prot
- Ribosomes :
- enzyme composee de RNA mais decoree dde prot
- lien peptidique que dans le ribosome
- le coeur de la machine est RNA pouvant reconstt le passer de la vie sur terre
- un ribozyme qui au cours de l evolution c est decore de +++ de prot periph aux fonctions regulatrices
- formation de la liaison peptq se fait en milieu 100% denue de prot
- Le ribosome ne consomme pas d’ATP, c’est l’acide aminé qui le fait lors de son ancrage au ribosome.
- Le ribosome possède deux sites de liaisons : un pour l’acide aminé et l’autre pour l’ARN-t.
La protéine ne peut peut pas être rigide mais avoir au moins 2 formes : une d’affinité avec le ribosome et l’autre antagoniste au ribosome.
- Pensez a revoir une video sur le meca de traduction
Alignement des sequences de prot
- les aa sont simplifes en 3 lettres ou 1 lettres
- on en forme des sequences de prot qu on cherche a aligner. Il existe de nos jours un programme d’alignement.
- Ces prog sont efficaces parce que certains aa se ressemblent et peuvent se remplacer les uns les autres dans l evolution, en fonction des dictats spe d un eposition particuliere dans la sqc prot.
- Isoleucine et la valine : chaine laterale similaire
- parfois des mutations peuvent etre conservee dans le temps : Thr et Ser
- OH : modification dans l evolution
- aa charges (D et E) ou E possede un CH2 en plus due a l evolution.

Les ponts disulfures
-caract, dans le sang (insuline)
Les ponts disulfures se retrouvent sous deux formes :
La forme réduite qui est peu stable hors de la cellule, dans le RE et dans les vacuoles car sont des régions oxydantes.
La forme oxydée qui est peu stable dans la cellule, dans le cytoplasme et les organelles (sauf le RE)
- En effet, les ponts disulfues se forment en condition oxydantes.
- Ils stabilisent souvent les protéines sécrétées (anticorps, insuline, etc.).
- On notera donc que lorsque l’on parle de pont disulfure, on se trouvera dans des conditions oxydantes et donc soit à l’exterieur de la cellule, soit dans le RE.
- Ces ponts disulfures se retrouvent dans les anticorps afin de maintenir la cohésion de la structure tridimentionnelle.
- De même lors de la formation de l’insuline :
- la preproinsuline devient proinsuline lors de la formation des ponts disulfures dans le reticulum endoplasmique puis devient insuline dans le sang.
- Une fois l’insuline secrété il est important qu’elle ne soit pas réduite car sinon les ponts disulfures se defont et la protéine est détruite.
- En laboratoire, il est possible de la reduire avec du DTT.
- On retrouve aussi des ponts disulfures dans la kératine des cheveux.
- En les cassant par un agent reducteur, il est possible de les onduler.
- Attention a ne pas en abuser, ce même agent réducteur et utiliser dans les crêmes épilatoires.
- cysteine possede un souffre en chaine laterale qu peut etre reduit

Autres aa
- 21,22,23
- rares
- aa naturels :
- 21 : L-selenocysteine
- code un codons (UGA) stop et SECIS element chez la bacterie
- chez les arche et les euka il est en 3’ UTR dans la RNA
- 22 : L-pyrrolysine :
- code UAG (stop) et PYLYS element chez arke
- 23 : Formyl-L-methionine :
- code AUG (start) chez la bact, mitocho, chloro, mais le groupe formyl est souvent enleve post-trad
- 21 : L-selenocysteine
- aa rares : crees par modifications post-translationnelles dans les prot
- 4-hydroxyproline : collagenes
- gamma- carboxyglutamate : prothrombinee (extra c)
- 5-hydroxylysine : parois plantes
- 6-N- methyllysine : constt de la myosine dans les muscles
- Certains aa rares peuvent appaitre lors d hydroxylation, de carboxylation ou de methylation (modf post trd). Il peut arrv que certains elements de la colonne 6 du tableau periodq (S ou O) puissent etre incorpores a des aa. On les retrouvent parfois dans qq enzymes

Les donnees moleculaires des prot :
- en general
- histoire evolutive
- POIDS MOLECULAIRE : En moyenne il faut compter 110 DA par aa
- chq prot a une configuration en aa qui lui est propre. Si on connait la sqc de la prot on peut alors deduire la concentration de la prot en examinant les concentrations separees de chq aa qui la compose.
- l unite utls : kDa
- 1 Da = la masse d un atome de H (1 uma)
- il est cependant pas impossible de trouver des aa plus grands (125 Da/aa : Cytochrome C) ou plus pett (90 Da/aa : chymotrypsinogene)
- la plupart des molecules pesent entre 20 et 100 kDa
- Cette difference de taille pourrait venir de l histoire evolutive.
- au debut les prot etaient petites
- plus tard elles ont commence a s assembler ensemble formant des prot multidomaines (creer des activites entre elles)
- mais doivent se trouver :
- ++ affinite
- +++ concentration
- plus la complexite augemente, plus lle risuqe de se tromper dans leur organisation est possible.
- Prenons l’exemple de la chaperonne GroEL de Echerichia Coli et de HSP60 :
- beaucoup de zone de séquençage de ces deux protéines ont été conservées durant l’évolution et témoigne de la proche parenté des deux protéines.
- Les zones homologues se trouvent souvent au cœur du séquençage. Les extrémités sont moins conservées.
La composition d aa entre 2 prot
- utls
- ex
- Certaines prot sont associees a des molecules autres que des aa
- adjonction post trad pouvant etre covalentes
- d autres sont non covalentes avec +++ affinites
- prot pliant correctement ont une affinite intraseque
- le rapport entre aa :
- est une sorte de code base permettant leur identification
- Chq prot a une composition specifique en aa qui lui est propre. Si nous connaissons la seq, on peut deduire la concentration de laprot pure avec une analyse quantitv de la concentration de chq aa
- Ex :
- Met :
- 2 residus par molecules de prot pour la Bovine cytochrome C
- 2 residus par molecules de prot pour la Bovine chymotrypsinogene
- Ser :
- 1 residus par molecules de prot pour la Bovine cytochrome C
- 28 residus par molecules de prot pour la Bovine chymotrypsinogene
- la difference est de 2 fois moins pour la Bovine cytochrome C
- et de 14 fois moins pour la Bovine chymotrypsinogene
- Met :
Struct 3D
- Quest ce qui est faux dans ce shcm ?
- meca. Osmolytes

- L’acquisition d’une structure tridimensionnelle :
- est un procesus spontané par etapes, sujet aux erreurs, durant lequel un polypeptide déplié acquerras plusieurs structures secondaires en parallèle, puis les associera en une structure tertiaire distincte, appelée native qui sera aussi fonctionnelle.
- Ces repliements se font nottament grâce aux zones hydrophobes. Sans cette hydrophobicité et uniquement grâce au chaperonne, le temps de repliement sera extremement lent voir impossible.
- Cependant, la rapidité de pliage doit parfois être freinée car peut aussi mener à un mauvaise pliage. Ce frein se fera par des chaperonnes.
- Le pliage :
- débute lors de la formation de la protéine, c’est-à-dire lorsque la protéine commence à être synthétisé dans le ribosome.
- Une prot doit son repliement et sa struct finale aux interactions entre les chaines lat des aa (pont H, disulfures) ainsi qu aux angles que forme la chaine laterale lors de la liaisonpeptidq
- Le schéma ci-contre n’est donc pas totalement vrai car la protéine, à moins d’être sous stress (exemple : chaleur), ne sera jamais totalement depliée.
-
Schema :
- en voyant le schema nous pouvons nous dire qu’il est juste, une prot naissante du ribosome est imature est donc depliee.
- or, lorsq une prot sort du ribosome, elle sort par son extremite N-terminale et au fur et a mesure de sa sortie dans le RER, des structures secondaires se mettent en place et le reste n’est pas encore ne
- il est tres rare que la prot reste dans un systeme spaghetti
- le final sont LES ETATS NATIFS !!
- une fois les plis termines, la prot devient totalement active
- mais attention ce n est pas un etat unique
- l acquisition de structures 3D des polypetides est un processus de pliage +/- lent.
- Notons qu’un polypeptide possède plusieurs états :
- beaucoup ne sont pas actif et d’autres ont trouvés leur chemin de repliement et le sont.
En 1972, Christian Boehmer Anfinsen est lauréat du prix Nobel de chimie :
- ses travaux sur la ribonucléase (une protéine enzyme) consistaient à dénaturer celle- ci en présence d’un agent dénaturant :
- l’enzyme perdait alors sa conformation active (=native, représentée par la structure tertiaire de la protéine).
- Mais dès lors que l’agent dénaturant était retiré, l’enzyme retrouvait sa conformation native.
À la suite de ces travaux, Anfinsen édita des lois, sous le nom de « Dogme d’Anfinsen », en deux points :
La conformation dans l’espace d’une protéine est entièrement due à sa structure primaire, c’est-à-dire la séquence d’acides-aminés qui la composent.
Ensuite, que sa conformation dans l’espace est la conformation correspondant au minimum d’énergie, avec un maximum de liaisons hydrogène.
-
Osmolytes :
- pett prot solubles qui permettent aux prot soumises a un stress (env) de conserver leur struct tridi. Elles comprennent certains glucides de petites tailles, certains aa (glycine, proline, taurine) et encore des methylamines
Prot : sturct secondaires
-diag de Ramachandran
- les types majoritaires :
- helice alpha
- conformation Beta
- beta turns
- Toutes ces structures sont stabilisées par toutes sortes de liaisons non covalente, mais specialement par des ponts hydrogènes (interaction faible entre un –H et un –O).
Ces liaisons sont très faibles mais leur quantité agit comme un velcro et permet une forte adhérence.
- Les chaînes polypeptidiques, dans des liaisons peptidiques, sont flexibles mais limitées conformationnellement.
- En effet, les 6 atomes du lien peptidique sont planaires (sur un seul plan) pour une chaine latéral R non planaire : C(alpha) – CO – NH – C(alpha+1) – R.
- Toute lastructure est principalement stabilisée entre quelque atome du « backbone » » c’est-à-dire entre l’amide N-H et le carbonyl O, formant ainsi des ponts hydrogènes.
- Par le principe de l_’encombrement stérique :_
- c’est-à-dire la gêne provoquée par la disposition et le volume d’une partie d’une molécule lors de l’approche d’un réactif ou d’une autre partie de la molécule, lamajorité des protéines sont sous forme trans.
- Cependant, lorsque le backbone d’une protéine contient de la proline, la protéine devient cis àcertains endroits.
- En effet, la proline force les choses car la chaine latérale se retrouve liée de manière covalente à l’azote et donc force un tournant.
- On verra toujours un angle forcé dans la protéine lorsqu’il y a de la proline.
- Cet acide aminé est donc très important pour le repliage des protéines.
- Diagramme de Ramachandran :
- les 2 zones principales correspondant aux structures secondaires regulieres qui sont principalement obs dans les prot :
- la region des helices alpha et celle des geuillets beta
- la troisieme region, plus petite, corrsp a une conformation en helice gauche.
- les glycines, qui ne ocmportent pas de chaines laterale, ont une plus grande liberte conformationnelle. Elles echappent donc a cette regle et peuvent se trouver en dehors des regions favorables du diagramme
- les 2 zones principales correspondant aux structures secondaires regulieres qui sont principalement obs dans les prot :
- Ce diag est un indicateur itls pour controler la qlt des struct de prot determinees par critallographie ou RMN
- Dans les struct de haute qlt, plus de 90% des residus d aa (hors glycines) sont situes a l interieur des zones le splus fav. Plus la resolution est elevee et plus le nombre d aa en dehhors des zones privilf est faible.
Backbones
-struct
- possd des limites de ses movements :
- ne possede pas une vraie liberte
- a certaines restrictions
- cyclisation de la partie R qui bloque les possiblite de rotation
- Struct :
- 6 atomes coplanaires pour une liaison peptidique : C(alpha-n) - CO- NH- Calpha(n+1)
- du carbone alpha d’un residue de un carbone au residu suivant
- la deuxieme structures sont stabilises par des liaisons hydrogenes entre le backbone groupe amide NH et O carbonyle
- 6 atomes coplanaires pour une liaison peptidique : C(alpha-n) - CO- NH- Calpha(n+1)
- Trans et cis liaisons :
- la plupart des liaisons peptidiques sont +++ des isomeres trans (99,9% sous des conditions non produites par efforts)
- si nous tracon une courbe enl activt en fonction du temps,
- si 5’ avec l uree (denaturant) : la courbe reste correct car la prot possd encore des caract pour retrouver sa forme initiale
- si 60’ avec l uree : la courbe varie ou les prot des cis-trans sont devenues 50/50. Certes, elles possedent encore une certaine memoire mais pas aussi efficace que dans le premier cas
- Trans : capable de memoire
- Cis : +++ diff

Helice alpha :
-struct, localisation

- une structure secondaire ++ repandue :
- 4 modeles montrant diff aspects de sa structure
-
Amino terminus/ Carboxyl terminus :
- axe central de l helice dextrogyre
- chaine laterale ext, orientees au tour d un axe stabilisant l helice
-
5.4 A (3,6 residus) :
- liaisons hydrogene intra chaine stabilisent l helice
- le coeur de l helice est stabilise par des liaisons VdW.
-
Vue polaire :
- la position des R sont a la peripherie.
- le coeur est stabilise par des forces de VDW
-
Volume atomique :
- si nous tenons compte du volume atomique reel, l helice n est pas creuse
- Certains séquences d’acides aminés sont «pro-helice alpha ».
- En effet, des interactions entre les groupes R d’acides aminés séparé de trois résidus (donc de presque un tour complet) sont propice à la formation d’helice alpha (par exemple Arg103 et Arg100).
- En outre, l’interactions entre les groupes R d’acides aminés séparé de trois résidus peuvent former des hélices amphipatiques :
- Ainsi, les groupes R pourront se
regrouper en une surface hydrophile et une autre hydrophobe. - Resultat : l’hélice alpha devient un cylindre qui, avec ces deux surfaces, lorsque mit dans une cellule, s’insere dans les membranes
- ancre dans la membrane (IPM anchor) enfonce une partie membranaire grace aux helices hydrophobes et partcp a la constt des prot memb
- Transient receptor potential cation channel subfamily V member 2 (TRPV2) is a protein. Les helices trans-membr sont amphiphilique est importantes pour les canaux
- Ainsi, les groupes R pourront se

Beta conformation :
- struct
- ex
- Plus complexe que l’hélice alpha, on retrouve le feuillet beta :
- En effet, ici, l’interaction ne se fait pas avec le voisin mais à distance.
- Quelques caractéristiques du feuillet beta :
Le backbone de celui-ci est presque totalement étendu (non enroulé).
Tous les résidus dans les feuillets beta ont un peu près les mêmes angles phi et psi
La distance entre les résidus AA est de 3,5 ångström (plus éloignés et donc plus étirés qu’en hélice alpha.
Les chaines latérales pointent dans des directions opposées, une fois en bas, une fois en haut (par exemple tous les hydrophobes en bas et tous les hydrophiles en haut).
Le groupe N-H et C=O de la liaison peptidique pointent dans des directions opposées.
- Ex dans prot :
- les feuillets beta twisted :
- prot soluble : (en maj)
- structu feuillet betta int
- helice alpha ext
- les feuillets peuvent etre tordus pour moduler une structure
- si feuillet parfait :
- cylinde ou tonneau
- prot soluble : (en maj)
- les para :
- prsc place au milieu pour molecules d eau
- anti para ;
- tournante donnait par la nture des aa quils composent
- les feuillets beta twisted :
Les feuilles beta
- struct
- frqc
- 30% des residus dans une prot compacte participent a des boucles qui relient les struct comme les helices et les feuillets.
Les tournants sont souvent a la surface.- c est un tournant a 180 degres implq 4 aa
- la gly et pro y participent souvnet :
- gly : flexibilite
- pro : rigidite
- Une formation relativement rare de feuillets est celle des feuillets mixtes, ou on trouve dans le meme feuillet des parties antiparalleles et paralleles.
- Feuillets beta :
- 4 brins antiparalleles beta formant un feuillet
- plane avec des liaisons peptidiques
- formant des surfaces qui grace aux liens du frgm du polypeptides q distance creant des surfaces stables
- suffisant pour des surfacsee stables et irreversibles
- les groupements R sont places de maniere alternative de ca et de la du feuillet
- sont frq :
- Antipara : retour immediat ou distant
- para : implique retour et meme orientation du polypeptide et moins stable thermodynamiquement parlant
- Les residus sont orientes vers le haut ou le bas.
- Leur taille sera faible (gly, ala) lorsq les feuillets seront juxtaposes comme dans la keratine ou la soie.
- Dans certains model, les feuillets beta ne sont pas planaire :
- comme c’est le cas dans les tonneaux beta ou encore ERGIC-53.
- Les beta turns sont caractéristique par leur changement brusque de direction du squelette du polypeptide, à la surface de la protéine.
- Sa stabilité vient des liaisons hydrogènes qui se font à travers la « tige » de l’épingle à cheveux.
- Très souvent la glycine, l’asparagine, la sérine (petit résidus hydrophile) ou la proline (dispose d’un « coude » dans son backbone pour faciliter le virage) sont impliqué dans les beta turns.
- Notons que les régions entre les feuillets beta, hélice alpha et beta turns sont souvent considérés comme « natural unfolded » ce qui n’est pourtant pas forcément le cas. Il se peut que ces régions aient été abîmé lors de la manipulation de la protéine (faire attention aux artefacts des méthodes utilisées). On peut observer les probabilités relatives qu’un résidu soit impliqué dans une des trois structures secondaires principales.

Les beta turns (reverse turns, beta hairpins)
-struct
- Struct :
- changement de direction abrupt du squelette polpeptidique a la surface d une prot
- stabilise par des liaisons hydrogenes le long des virages des hairpin
- capable de bouger dans l espace :
- des problemes steriques avec les aa larges sur les cotes de la chaine, comprenant souvant Gly (tournant sec et pas place), Asn, Ser (petits residus hydrophilic) ou pro (built in un coude dans le backbone pour aider a debuter le turn)
- La Gly et Pro sont moins frq dans le shelices alpha car ++ frq dans les tournants.

Struct tertiare et quartenaire
-
Tertiaire :
- 1 monomere
- 3D polypep :
- determn par X-ray diffraction of prot crystals
- NMR spectro des prot en solution
- pliees :
- pas seulement les positions des atomes dans le blackbone mais ausssi toutes les sideschain atomes)
- chq prot a une unique 3D struct faite des varietes des struct 2nd qui sont pliees d une certaines manieres
-
Quartenaire :
- agencement des tertiaires
- la struct quaternaire d un eprot est la struct que forme un assemblqge de prot entre elles pour quelles soient efficaces (fibres actines et myosines)
- le type de confo qua une prot (prot avec uniquement des helices alpha ou uniq des feuillets bbeta) va jouer un grd role sur la long de celle ci.
- Les prot les plus compactes sont constt de feuilets beta (fibres de soie)
- Les deux sont des divisions artificielles
- Structure d un cheveu :
- une molecule qui a evoluee pour la resistance meca
- superenroulement (levogyre) de 2 helices (qui sont indv dextrogyres)
- Les extremites sont intercalees et colles par bout a bout par des interactions hydrophobes
- La BSA a un poids moléculaire de 64’500 Da avec ses 585 acides aminés.
- Si elle était complétement en hélice alpha ou en feuillet beta, sa longueur serait de 900 A ou 2000 A respectivement.
- On a donc une différence de taille jusqu’à plus de 2x dans ce cas-là.
- Notons qu’une protéine cuite aura tendance à faire des beta sheet

Le collagene :
- Struct :
- dans la seqc des aa, tous les 3 residus se trouve une glycine
- pro et hydroxyproline sont aussi abondant
- les motifs repetees de Gly-X-Pro et Gly-X-Hyp donnent une strcut particuliere d helice gaucheres.
- les Hyp forment des ponts H avec les Lys des autres chaines
- dans la seqc des aa, tous les 3 residus se trouve une glycine
- Le collagene est une prot enorme. Elle est secretee modifiee (Hyp) mais reste profondement intra tissulaire (VS, tissus cardiaque : elle ne sautait penetrer dans la peau avec des cremes)
- La structure du collagène est complexe. E
- lle possède beaucoup de proline (force le pliage et les beta turns) :
- on se retrouve alors avec une structure ressemblant à une hélice alpha (pas une hélice alpha) formée de beta turns.
- Le collagène est donc une structure formé de beaucoup de glycine, proline et d’hydroxyproline.
- C’est, en effet, des motifs répétés de Gly-X-Pro et de Gly-X-Hyp qui donnent cette structure particulière.
- Dans la structure du collagène, les hydroxyprolines forment des ponts covalents avec les lysines des autres chaines afin de consolider la structure.
- Le collagène est une protéine énorme.
- Elle est sécrétée et modifiée (ajout d’hydroxyprolines par exemple) mais reste profondément intra tissulaire (vaisseaux sanguins, tissus cardiaques). Il est donc impossible qu’elle pénétre dans la peau avec des crèmes.
- lle possède beaucoup de proline (force le pliage et les beta turns) :

Repliement des prot
- Lors du repliement des prot, les aa hydrophobes vont se retrouver au centre car le cytoplasme contient ++ d eau.
- deux prot de la meme taille n auront pas forcement la meme struct et n auront pas forcement la meme fonction. Cela dependra de la seq des aa qui les composent
- les prot se plient sur un modele pre def, ils ne cherchent pas toutes les possblt possibles jsq arrv a une structure stable
- Mais deux prot n ayant pas la meme seq qui se replient de facons semblables pourront ne pas avoir les memes fonctions ou alors deux prot qui ne se replient pas de facon semblables pourront avoir les meme fonctions : determination par crytallographie.
- Les prot se replient spontanement dans des conditions physiologiques :
- a l equilbre entre l etat denature (deplie ou partiellement deplie) et l etat natif (plie, biologiquement fonctionnel) sous les conditions physiologique, la vaste majoryte des molecules sont dans un etat natif
- Les structures primaires determines les struct 3rd (et 4rd) :
- demontrant que plusieurs prot peuvent se plier plus ou moins sous forme “random coil”, un mode de conformation necessitant aucune informations de la part des composants cellulaires.
- toutes les informations pour la struct 3rd proviennent de la seqc amino acides
- Les prot peuvent etre denaturees in vitro par des agents chimiques, comme l uree, chaleur extremes, pH… et ensuite les renaturees par dilution des denaturants chimiques, changement du pH ..: RIBONUCLEASE
- no covalent bonds in the polypeptide chain are broken

Les prot globulaires ont une grd variere de struct tertiaires
Les protéines globulaires ont une grande variété de structures tertiaires qui les caractérisent.
Des protéines de même taille mais de séquence différente possèdent des structures et des fonctions différentent entre elles.
Pour appuyer cette affirmation, on peut citer trois protéines de taille similaire : le cytochrome c, le lysozyme et la ribonuclease.
- Myoglobines Struct :
- ruban : struct secondaire
- gropement HEME
- ruban avec des chaines lat hydrophobes Leu, Ile, Val, Phe
- elle ne possède pas de beta sheet.
- les aa hydrophobes sont enterres et egalement au coeur des prot solubles, contrairement à son cousin l’hémoglobine car, n’étant pas solitaire (4 sous unités pour l’hémoglobine) il est nécessaire que les zones hydrophobes puissent réagir afin de former un complexe.
- Nous pouvons aussi remarquer autre chose le site actif ne peut PAS être complètement enterré afin de pouvoir réagir.
- En effet, les acides aminés hydrophobes sont généralement au cœur des protéines solubles.
- les traits jaunes représentent des ponts disulfures :
- les protéines les contenant ne peuvent PAS être dans le cytosol car c’est une région réductrice.
- Cytochrome C struct :
- transport d electrons, intracellualrei
- +++ helices alphas et - helice beta
- 12400 Da
- Lysosomes :
- larmes,ouefs
- prot secrettes
- bactericide extracellulaires
- ncss pour les defenses
- 14600 Da
- Taille similires, diff sequences = diff struct, diff fonctions
- Le contraire existe :
- diff seqc = struct similaire, diff fonctions
- diff seqc = struct diff, fonction similires
- Le « immunoglobulin fold » est un domaine « beta sandwich », c’est-à-dire la répétition de beta sheet.
- Ils sont reliés par 2 beta sheet opposé et antiparallèle.
- On peut citer la protéine de surface des lymphocytes T (laCD4) qui possède 4 domaines identiques de feuillet beta.
- Le repliement des 4 domaines est exactement le même.
- Les zones de liaisons des domaines doivent donc être hydrophobes.
- De même, la titin, le plus long polypeptide dans le génome humain, à une organisation en domaines.
- En effet, la titin est composé d’énormément de beta sheet très similaire.
- Lorsque le muscle est tendu, la titin s’étire ce qui déforme les beta sheet. A ce moment, des chaperonnes viennent rapidement rendre la forme native a ces structures à la fin de l’effort.
- En effet, dans une structure tertiaire d’un polypeptide, il peut y avoir beaucoup de structure similaire (ou non) qui, sans les chaperonnes, pourraient se gênée.
- On peut citer la protéine de surface des lymphocytes T (laCD4) qui possède 4 domaines identiques de feuillet beta.
- Ils sont reliés par 2 beta sheet opposé et antiparallèle.
Structure quartenaire
- generalite
- hemoglobine
- Elle se définie comme étant la relation des structures tertiaires des différentes chaines polypeptidiques, la façon dont ces sous-unités se fixent ensemble et leur symétrie.
- Il n’y a donc des structures quaternaires que chez les polypeptides qui ont plus d’une chaîne polypeptidique.
- Il faut donc définir une terminologie :
Chaque chaîne polypeptidique dans une protéine avec plusieurs chaines est une sous unité.
2 sous unités = un dimère, 3 = protéine trimaire, 4 = tétramère
Homo -> (dimer ou trimer etc) = sous unité identique
Hetero -> (dimer ou trimer etc) = plus d’une sorte de sous unité
Les différentes sous unités sont nommées par des lettres grecques (alpha, beta, … Attention, ces lettres grecques utilisées pour différencier les sous unités n’ont rien à voir avec les structures secondaires hélice alpha et feuillet beta)
Certaines protéines, comme l’ATP synthase des mitochondries, les capsides des virus,etc, peuvent avoir des structures quaternaires très complexes.
Un olligomère est utiliser pour qualifier un complexe protéinique composé de deux sous-ensembles (un sous-ensemble étant une chaîne polypeptidique) ou plus
-
l’hémoglobine :
- un hétérotétramère formé de 2 sous unités identiques alpha et 2 sous unités identiques beta (attention rien à voir avec l’hélice alpha et le feuillet beta).
- Cette structure est symbolisée par α2β2. En effet, ces sous-unités sont structurellement très semblables et ont sensiblement la même taille.
- Elles sont aussi très similaires à la myoglobine:
- l’hémoglobine et la myoglobine ont la même structure primaire et tertiaire
- Donc chaque niveau structurelle défini la fonction ? La différence entre ces deux protéines vient uniquement de la duplication d’une gêne ancestrale qui a conduit à une divergence des séquences (différents gènes de globine).
- Par contre la structure tertiaire a été conservée durant l’évolution
- On retrouve ainsi toute une serie de protéine avec des structures quaternaires différentes qui permettent des fonctions variées :
GroEL14 est une chaperonne dans les mitochondries avec 14 sous unités identique (homoolligomère) organisées en cylindre formant une cavité.
Rubisco possède une structure quaternaire ou le site actif est coupé en deux parties. C’est lorsque la fixation du CO2 se fait que les deux parties se rejoignent.
La Cage de clathrin est un complexe (olligomère) qui se forme par invagination de la membrane et qui permet de former une vésicule pour récupérer un substrat externe à la cellule. Il sera défait lors de l’arrivée de la vésicule au lysosome.
Le virus de la mosaïque du tabac qui est un homoolligomère ayant la fonction de protéger l’information génétique.

La criminalité des protéines: Qui cause le vieillissement et des maladies dégénératives ?
- C’est en 1967 que Griffith propose une hypothèse selon laquelle la cause de certaine maladie infectieuse serait due à une protéine ayant adopté un repliement anormal.
- Il sera nécessaire d’attendre encore quelques années, notamment grâce à Anfinsen et Prusiner, pour comprendre la relation entre des maladies comme le kuru, la tremblante du mouton ou la vache folle et les protéines.
- On sait aujourd’hui que l’information génétique doit être transcrite fidèlement en ARN d’abord et être traduite en ARN ensuite. C’est ce que l’on appelle le «cellular processes».
- C’est en 1961 que Christian Boehmer Anfinsen démontra que la ribonucléase pouvait revenir à sa conformation initiale après dénaturation par un agent réducteur tout en préservant son activité enzymatique.
- Ce fait suggère que toutes les informations nécessaires à une protéine pour obtenir sa conformation finale sont encodées dans sa structure primaire.
- Il utilisa pour cela la ribonucléase bovine, très similaire à la ribonucléase humaine (avec 4 ponts disulfures).
- Voici comment il procéda :
Grâce à un agent dénaturant (l’urée) il déplie la Rnase bovine.
Un problème survient alors : les ponts disulfures de la protéine (au nombre de 4) sont covalent et ne se déplient donc pas.
Pour résoudre cela, il utilise un agent réducteur (la beta mercaptoethanol) qui reduise les ponts S-S en 2 groupes SH. Cela permet donc d’avoir une protéine dépliée et étirée.
La structure native de la protéine est donc perdu (dénaturation) et la Rnases est inactive.
Il retire maintenant l’urée par dialise ce qui replie la protéine
Ce repliage se fait en l’absence d’agent réducteur donc l’O2 de l’aire suffit à reoxider les SH en disulfides)
La protéine regagne alors son activité enzymatique ce qui prouve que la bonne combinaison des ponts S-S a été faite.
Cependant, seulement 30 à 40% des protéines se repliaient correctement ce qui laissait perplexe Anfinsen. On montrera plus tard l’importance des chaperonnes dans ce phénomène
Vie des prot : les chaperonnes nos sauveuses
- les prot naissantes acquierent un repliement spe et auront un efonction propre. Si il a des erreurs lors de la mise en place de la suite d aa ou lors di repliement, la prot peut ne pas avoir de fonction ou alors peut meme avoir des fonctions de structuves dans la cell.
- Il y a donc des moyens de defense de la cellulle qui permettent soit de reparer le sprot, soit les detruire, soit les stocker.
-
Les chaperones :
- Les chaperonnes moléculaires sont donc comme des policiers. Elles doivent savoir comment :
- Identifier des protéines « criminelles »
- Appréhender des protéines criminelles (sans déranger les protéines fonctionnelles)
- Eduquer, réparer les premiers délinquants
- Transférer les criminels aux autorités appropriées pour être éliminées
- importance dans la mise en place de la bonne structure en 3D de la prot d interet
- le pliage est spontane :
- des prot denaturees avaient la capacite de reformer une struct fonctionnelle 3D
- une reparation coute moins cher a lorganisme que la degradation et la resynthese
- Les chaperonnes moléculaires sont donc comme des policiers. Elles doivent savoir comment :
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Anomalies :
- Une anomalie de formation provoque un ralentissement du trafq cellulaire.
- dans certains cas les prot malformees sont conduites dans des reservoirs et forment des agregats. Ces poubelles a prot sont generalement nefastes car les prot malformees ne sont pas eliminees de l organisme mais maintenues dans le systeme.
- Alzheimer :
- l’agrégation de la protéine « tau » dans la cellule et du peptide Abeta dans la cellule et du peptide β-amyloïde hors de la cellule entraîne une réaction inflammatoire locale dans le cerveau qui provoque la mort des cellules (apoptoses) atteintes et la dégénérescence des tissus nerveux.
- Kuru (vache folle) :
- une prot malformee est a l origine des troubles. De plus, cette prot est capable d induire les prot ayant la bonne struct a changer de confo et a devenir nefaste. La maladie se manifeste essentiellement par un sundrome cerebrale avec un trouble de l eq et de la coordination des mouvements.
- une encéphalopathie spongiforme transmissible. Il remarque que les patients atteint de la maladie possède des structures cross-beta dans un état thermodynamique très stable mais sont mal replié.
- Son hypothèse est que toutes les cellules ont des protéines mal repliées mais la plupart possède la machinerie adéquate pour les dégrader. Peut-être que les neurones ne la possèdent pas. Il décide d’appeler alors d’appeler les protéines mal repliées des prions.
- En leur injection le prion, ils ne devraient normalement pas pouvoir former d’agrégats puisque la protéine saine n’est naturellement pas présente dans la souris. En effet, aucun agrégat se forment et donc les protéines peut être un agent pathogène.
- Mucovicidose :
- on retrouve une mutation dans un canal transporteur de chlore. En effet, un segment de la protéine est mal replié et une chaperonne s’efforce de maintenir le canal plus ou moins stable. Cependant, passé un certains âge (moyenne de 40 ans) la chaperonne ne peut plus assurer la fonction (à cause du veillissement) et le patient atteint meurt.
- Alzheimer :
- Dans un grand nombre de maladies liées au « mal pliage » des protéines, on trouve des chaperonnes moléculaires associées au agrégats protéiques.
- On peut citer les chaperonnes HSP pour protéines de choc thermique (Heat shock proteins).
- En effet, elles sont garantes de la bonne conformation des protéines de la cellule, et les aide à se protéger des stress externes. Le suffixe « 70 » correspond au poids moléculaire.
- en cas de stress, les protéines se dépliées, il est donc nécessaire de les faire revenir à leur état natif.
- Les chaperonnes peuvent donc induites par le stress pour sauver les prions.
- En effet, le but des chaperonnes n’est pas de détruire (extrêmement couteux) les protéines mal repliées mais de les sauver, de les réintégrer dans le bon fonctionnement de l’organisme.
- Notons que toutes ces maladies (tremblante des moutons, vache folle, le kuru, la mucoviscidose) sont des maladies à prions.
- Il y a donc une dose limite de prion à ne pas ingérer pour éviter les agrégats.


























































































