Cours 11 Flashcards
Utilites de métaux dans l’organisme
- Équilibre des charges, électrolytes (potentiel électrochimique des membranes) (Na++, K+); fonction de tampon
- Emmagasinage d’énergie et métabolisme d’énergie (Mg++:ATP)
- Biominéralisation (Ca++)
- Signalisation intracellulaire (messager second) (Ca++)
- Structure des protéines
- Réactions rédox, transfert d’électrons, de groupes chimiques (Fe++/+++)
30-50% des protéines contiennent quoi?
des ions de métaux.
Quelle est l’utilité d’incorporer des ions de métaux dans des protéines?
Leur grande force ionique permet:
i) de stabiliser la structure tertiaire de protéines
ii) des réactions enzymatiques autrement non possibles
iii) Le relayage d’électrons dans des chaines de transfert
des éléments « de transition »
forment facilement de différents degrés d’oxydation
(p. ex. Ferri- Fer3+; Ferro- Fer2+)
—> utile pour la réactivité et le relayage d’électrons
Comment intégrer un ion métallique dans une structure protéique?
Par chélation “pince”
—> multiple coordination bonds between organic molecules and metals
• peuvent alors être sélectifs, ou non-sélectifs.
—> pouvoir de discrimination d’un « pince » donnée envers deux ions différents, mais de taille similaire, peut être (ou non) d’un ordre de magnitude (x1000)
Quelle partie des acides aminées peuvent chélater des ions de métau?
Fonction?
Les chaines latérales d’ acides aminées
—> peut aider pour leur incorporation dans des protéine
—> différents métaux ont des préférences différentes pour certains acides aminées en tant que chélateur
Différence en force d’interactions entre protéines et métaux
• interactions très stables
—> peut servir à des fins structurales
• interaction labiles
—> utiles par exemple pour la signalisation cellulaire transitoire dynamique.
• réactivité forte (changements de valence des « métaux de transition »)
—> fort utile dans des réactions redox, et des chaines de transport d’électrons
« Doigt de zinc »
—> composant structurel/conformationnel
Statique
La lien Zn-S (de la cystéine) ne dissocie pas dans des conditions biologiques
« EF-hand » (main EF)
• composant structurel/conformationnel
Dynamique
(détection de flux de Ca++ dans la signalisation intracellulaire)
—> Changement de conformation (ex: Calmoduline)
Métaux aux sites actives d’enzymes
directement incorporés dans des sites actifs
—> réactivité forte de l’ion incorporée permet des réactions efficaces, qui parfois ne seraient pas possibles autrement.
Alternative à l’incorporation directe de l’ion dans la protéine
• Utilisation de « cofacteurs » comme porteurs de l’ion
—> un cofacteur peut porter l’ion métallique. Ce sera alors ce module qui sera accueilli dans la protéine en tant que cofacteur.
Ex. Heme
Avantages de l’utilisation de « cofacteurs » comme porteurs de l’ion
i) utilisation versatile du même cofacteur dans des protéines différentes,
ii) potentiellement, il est plus économe d’échanger un cofacteur que de re-synthétiser une protéine.
La base pour la chelation par cofacteur est toujours basé sur?
sur l’uroporhinogène
la seule occurrence du cobalt dans des biomolécules.
La cobalamine (Vitamine B12)
—> uniquement synthétisée par des bactéries et archées
Requise pour 2 réactions :
1) la production de succinyl-CoA (à partir du catabolisme d’acides aminées)
2) dans le métabolisme du folate (synthèse de nucléotides) et de la méthionine
Les centres fer-soufre
Structure
contiennent deux, trois, ou davantage d’atomes de fer en complexe avec des ions de soufre
—> La configuration la plus simple est: Fe2S2
—> complexes plus grands augmentent le potentiel et la puissance de l’enzyme.
L’incorporation des centres fer-soufre dans des protéines
complexes sont formées dans la cellule, à partir du fer et du soufre, ingérées séparément, de façon assez complexe
—> Ensuite, le complexe est incorporé dans la protéine cible.
Réactivité des centres fer-soufre
hautement réactifs – c’est d’ailleurs à ça qu’ils sont utiles dans des protéines
—> ils sont assez vulnérables à l’action de l’oxygène
—> les protéines à centre fer-soufre sont les premiers cibles des espèces d’oxygène réactives (ROS)
Fonctions des centres fer-soufre
Permettent
i) des réactions enzymatiques qui demandent une très grande réactivité, ou
ii) de relayer des électrons.
Ex. - La nitrogénase
- L’aconitase
- La chaîne de respiration
—> souvent en lien avec : le cycle de Krebs, et la respiration.
Ils sont aussi essentiels pour des réactions originelles avec des substrats stables sous forme gazeuse: tels que le N2.
enzyme nitrogénase
essentiel pour rendre l’azote atmosphérique biodisponible
—> N2 atmosphérique est un gaz extrêmement inerte (très peu réactif)
—> processus fondamental pour la v ie sur terre se passe de façon continue dans des bactéries et archées du sol qui peuvent (ou non) entrer en symbiose avec des plantes.
—> Uniquement des bactéries (cyanobactéries) et archées expriment de la nitrogénase
Homocitrate
métabolite synthétisé à partir de alpha-keto-glutarat (α-KG, début de la biosynthèse de la lysine).
dans la nitrogénase
Sa fonction dans la nitrogenase n’est pas tout à fait claire.
cluster principal de la nitrogenase
cluster FeMo (fer-molybdène),
ainsi qu’une molécule de homocitrate, et un carbon central.
réaction générale de la nitrogenase
N2 +8H+énergie→2 NH3
(N2 +8H+ +8e− +16ATP→2NH3 +H2 +16ADP+16Pi)
détails moléculaires de la réaction ne sont pas entièrement résolus
—> cheminement d’électrons le long de plusieurs clusters fer-soufre
—> dépendent de la très grande réactivité du cluster FeMo (fer- molybdène).
(Haber-Bosch)
procédé chimique pour générer de l’azote biodisponible sous forme d’ammoniac
—> procédé requiert de la pression, beaucoup d’énergie, et la catalyse par magnétite (Fe3O4) (150 à 250 bar, 300 - 550°C).
permet la synthèse de fertilisant « artificiel »
une limitation pour les rendements en agriculture
la limitation en azote biodisponible
enzyme nitrous oxyde reductase
enzyme à cuivre
dénitifie —> réaction qui mène à la formation de l’eau de et du N2 à partir du N2O ( gaz nitreux )
l’aconitase
enzyme à centre fer-soufre dans Le cylce de Krebs
—> permet la transformation de citrate en isocitrate, en passant par l’acide aconitique.
—> Le centre fer-soufre fait parti du site actif de l’enzyme.
Acobijasen et rétroaction
• si elle perd son Fer, par exemple par carence en fer, elle régule la traduction de mRNAs contenant un motif IRE (iron response element), un élément structural d’ARN
—> ajuste la production de protéines pertinentes pour le métabolisme du fer
—> rétroaction peut être positive ou négative, en fonction de la protéine exprimée
L’aconitase est très sensible à?
aux ROS
(Produits lorsque la respiration « surchauffe » (trop d’électrons → electron leakage))
—> ROS attaquent le centre fer-soufre de l’aconitase – ce qui diminue son activité, et donc le flux du TCA (la formation de succinate et de NADH)
—> diminue la respiration (→ régulation par rétroaction négative)
switch anabolique/catabolique de l’aconitase
Le rapport aconitase fonctionnelle/non-fonctionnelle - (4Fe-4S)/(3Fe-4S) - permet
de réguler le devenir du citrate:
1) vers le TCA (catabolique)
2) la synthèse d’acides gras (anabolique)
La chaine de transfert d’électrons (chaine respiratoire) fait quoi?
utilisation de l’énergie d’électrons pour créer un gradient de protons, l’énergie duquel sera utilisée pour la synthèse d’ATP (qui contiendra alors cette énergie).
—> mécanisme convertit une énergie pas facile à contrôler/conserver (contenue dans l’électron) en une forme de stockage d’énergie plus durable et versatile, l’ATP.
La chaine de transfert d’électrons (« respiration ») est une réaction exergonique
elle ne demande pas d’énergie, mais elle en libère
La présence d’un puits d’électrons terminal est impératif!
(comme: O2 → « respiration »)
Les électrons passent d’un état de
« haute énergie » vers un état de plus basse énergie – l’énergie libérée est utilisée pour pomper des protons (création du gradient H+), qui sera utilisé pour la synthèse d’ATP (complexe V)
L’état d’énergie des électrons alimentant la chaîne respiratoire sous forme de?
NADH et FADH2
(NADH>FADH2)
—> Souvent ils sont issus du TCA – mais aussi de la glycolyse ou de la beta- oxidation
—> La réaction d’oxyhydrogène (2H2 + O2 = 2H2O) libère beaucoup d’énergie, souvent de façon explosive
Qu’est-ce qui détermine l’efficacité de la chaîne de transport?
La profondeur du puit à électrons au bout de la chaîne
—> En absence de ce « puits à électrons », le transport (et donc la libération d’énergie) s’arrête.
—> l’accepteur terminal d’électrons (le « puits ») pourrait être du Fer3+
il peut être à l’extérieur de la cellule, par exemple sous forme minérale. On parle alors d’un exoelectrogène
Complexe I (NADH:Coenzyme Q réductase)
organisation des centres fer-soufre permet de diriger les flux d’électrons en provenance du NADH sur des grandes distances, par étapes
Chaque étape/station/marche a une propensité plus grande d’accueillir l’électron = Rx exergonique
À la fin, il y a le transporteur d’électrons mobile, la ubiquinone (Q)
Complexe II (Succinate:Coenzyme Q réductase)
L’électron du FADH2 voyage via des centres fer-soufre au hème, où il sera accueilli par la « navette à électrons » ubiquinone (Q).
