Cours 4 - Repliement des protéines

Question 1

Pourquoi les protéines ont-elles une faible stabilité de conformation in vitro ?

Answer 1

Les protéines présentent une faible stabilité conformationnelle in vitro, car leur structure native est maintenue par des interactions non-covalentes de faible énergie, ce qui les rend sensibles aux variations de l’environnement.

Question 2

Pourquoi les protéines sont-elles facilement dénaturées in vitro ?

Answer 2

Les protéines sont facilement dénaturées car leurs interactions non-covalentes sont fragiles. Des modifications de température, pH ou solvants peuvent rompre ces interactions, entraînant une perte de structure et de fonction.

Question 3

Quelle est l’expérience d’Anfinsen sur le repliement de l’ARNase A et que prouve-t-elle ?

Answer 3

L’expérience d’Anfinsen a montré que le repliement des protéines est spontané et dirigé par leur séquence primaire :

1. Réduction avec 8M d’urée → rupture des ponts disulfure → protéine dénaturée (inactive).
2. Élimination de l’urée et oxydation → protéine retrouve sa conformation native active.

Cette expérience prouve que l’information nécessaire au repliement est contenue dans la séquence d’acides aminés.

Question 4

Qu’est-ce que le calcul de Levinthal et pourquoi montre-t-il l’impossibilité du repliement aléatoire ?

Answer 4

Le calcul de Levinthal estime que pour une protéine de n résidus avec 2n angles de torsion, il existe 10n conformations possibles.

Question 5

Pourquoi une protéine ne peut-elle pas explorer toutes ses conformations possibles ?

Answer 5

Une protéine explore environ 10¹³ conformations par seconde, mais pour 100 acides aminés, il y aurait 10⁸⁷ conformations possibles, nécessitant un temps irréaliste pour trouver la structure native.

Cela prouve que le repliement suit des voies préférentielles plutôt qu’un processus entièrement aléatoire.

Question 6

Existe-t-il des conformations intermédiaires entre une protéine dénaturée et native ?

Answer 6

Oui, avant d’atteindre son état natif, une protéine passe par des conformations intermédiaires, qui sont partiellement repliées et servent d’étapes transitoires dans le processus de repliement.

Question 7

Comment les résidus internes influencent-ils le repliement des protéines ?

Answer 7

Les résidus internes jouent un rôle clé dans le repliement vers la conformation native :

• Le repliement est dirigé par les forces hydrophobes.
• Les résidus internes doivent s’assembler efficacement pour stabiliser la structure.

Question 8

Comment les hélices et feuillets influencent-ils la structure des protéines ?

Answer 8

Les hélices α et feuillets β sont dominants car :

• Ils sont compacts et stabilisés par des liaisons hydrogène.
• Leur formation est influencée par des contraintes conformationnelles.
• Des forces spécifiques déterminent leur disposition dans la structure native.

Question 9

Quelle est l’organisation hiérarchique du repliement des protéines ?

Answer 9

Le repliement suit une hiérarchie :

1. Formation des structures secondaires (hélices, feuillets).
2. Assemblage en sous-domaines.
3. Formation d’un état de globule fondu.
4. Petits ajustements pour atteindre la conformation native.
5. Multimérisation si nécessaire.

Question 10

Qu’est-ce que l’état de globule fondu et comment se compare-t-il à une pelote statistique ?

Answer 10

L’état de globule fondu est une conformation partiellement repliée où la protéine est plus compacte qu’une pelote statistique (random coil), mais légèrement plus étendue que la forme native.

Question 11

Quelle est la similarité entre la structure secondaire d’un globule fondu et d’une protéine native ?

Answer 11

Dans un globule fondu, le contenu en structures secondaires (hélices, feuillets) est similaire à celui de l’état natif, ce qui peut être vérifié par spectroscopie de dichroïsme circulaire (DC).

Question 12

Les enzymes sont-elles actives dans l’état de globule fondu ?

Answer 12

Non, les enzymes dans l’état de globule fondu sont inactives, car elles n’ont pas encore atteint leur structure tertiaire fonctionnelle.

Question 13

Quelles différences structurelles existent entre une protéine en globule fondu et complètement repliée ?

Answer 13

Dans une protéine complètement repliée, les chaînes latérales sont organisées asymétriquement, contrairement à l’état de globule fondu où elles sont encore mobiles et désordonnées.

Question 14

Comment la chromatographie sur gel est-elle utilisée pour étudier les états de repliement des protéines ?

Answer 14

La chromatographie sur gel montre que :

• En tampon physiologique (native) → temps de migration long.
• Avec 2M de chlorure de guanidinium (globule fondu) → temps de migration moyen.
• Avec 4M de chlorure de guanidinium (dénaturée) → temps de migration court.

Question 15

Quelles méthodes permettent de dénaturer les protéines et comment agissent-elles ?

Answer 15

1. Température → modifie les interactions et les spectres d’absorption.
2. pH → altère l’état d’ionisation et perturbe les liaisons hydrogène.
3. Agents chaotropiques → perturbent les interactions hydrophobes, déstabilisant la structure.

Question 16

Quelles sont les techniques pour déterminer le repliement in vitro des protéines ?

Answer 16

1. Spectroscopie de dichroïsme circulaire (DC) → analyse les changements de structures secondaires.
2. Spectroscopie RMN → détecte les modifications des déplacements chimiques des atomes.

Question 17

Quels sont les avantages de la spectroscopie de DC pour étudier les protéines ?

Answer 17

1. Permet de déterminer les structures secondaires.
2. Utile pour suivre les changements conformationnels.
3. Utilise peu d’échantillon, sans destruction.

Question 18

Quelles sont les limites de la spectroscopie de DC pour analyser les protéines ?

Answer 18

1. Aucune information locale sur un site précis.
2. Les globules fondus donnent le même spectre que les protéines natives.
3. Ne détecte pas plusieurs conformations coexistantes.
4. Basée sur des modèles expérimentaux, sans théorie précise.

Question 19

Quelle est la longueur du canal de sortie ribosomial et quelle est son implication sur le repliement in vivo ?

Answer 19

Le canal de sortie du ribosome mesure 100 Å, ce qui correspond à un polypeptide de 30 acides aminés encore non replié, montrant que le repliement débute souvent après la sortie du ribosome.

Question 20

Quelle est la largeur du canal de sortie ribosomial et comment influence-t-elle le repliement ?

Answer 20

Le canal de sortie ribosomial a une largeur de 15 Å, ce qui ne permet que la formation d’hélices α, tandis que les structures tertiaires doivent se former après l’émergence du polypeptide.

Question 21

Quand se produit généralement le repliement des protéines in vivo ?

Answer 21

En conditions in vivo, les protéines se replient seulement après leur sortie complète du ribosome, contrairement aux hypothèses in vitro où le repliement peut être spontané.

Question 22

Quelle est la relation entre la conformation native et la structure primaire des protéines in vivo ?

Answer 22

Les études in vitro montrent que la conformation native d’une protéine est déterminée par sa séquence primaire d’acides aminés, ce qui signifie que le repliement est guidé par l’information contenue dans la séquence.

Question 23

Le repliement des protéines in vivo est-il un processus spontané ?

Answer 23

Contrairement aux expériences in vitro, le repliement des protéines in vivo n’est pas spontané. Il nécessite l’aide de chaperons moléculaires pour éviter l’agrégation et orienter la protéine vers sa structure fonctionnelle.

Question 24

Pourquoi les polypeptides néo-synthétisés sont-ils sujets à l’agrégation in vivo ?

Answer 24

In vivo, les polypeptides en cours de synthèse sont très concentrés dans la cellule, ce qui entraîne un risque élevé d’agrégation à cause de la congestion moléculaire. Les chaperons interviennent pour éviter ces agrégations et assurer un repliement correct.

Question 25

Quel est le rôle du système TF chez les procaryotes et pour quelles protéines est-il utilisé ?

Answer 25

Le système TF (Trigger Factor) est un chaperon procaryote qui aide au repliement des petites protéines (< 25 kDa). Il interagit directement avec le ribosome, facilitant le repliement dès la sortie de la chaîne polypeptidique.

Question 26

Quel est le rôle du système DnaJ/DnaK/GrpE chez les procaryotes ?

Answer 26

Ce système de chaperons est présent chez les procaryotes et fonctionne pour toutes les tailles de protéines. Il est composé de : - DnaK (HSP70-like) : lie les protéines partiellement repliées. - DnaJ (HSP40-like) : co-chaperon qui stimule l’activité de DnaK. - GrpE : facteur d’échange de nucléotides facilitant la dissociation des complexes chaperons-protéines.

Question 27

Quel est le rôle du système GroEL/GroES chez les procaryotes et quelles protéines cible-t-il ?

Answer 27

Le système GroEL/GroES est une chaperonine utilisée pour le repliement des protéines < 60 kDa. - GroEL forme un complexe en tonneau qui encapsule la protéine mal repliée. - GroES agit comme un couvercle, permettant le repliement correct dans un environnement protégé.

Question 28

Quel système de chaperons chez les eucaryotes est similaire au système TF des procaryotes ?

Answer 28

Chez les eucaryotes, le système NAC (Nascent-Chain Associated Complex) remplit un rôle similaire à Trigger Factor (TF) chez les procaryotes, en interagissant avec les chaînes naissantes pour faciliter leur repliement.

Question 29

Quel système de chaperons eucaryotes est spécialisé pour les protéines impliquées dans la signalisation cellulaire ?

Answer 29

Chez les eucaryotes, il existe des chaperons spécialisés qui assistent uniquement les protéines impliquées dans la signalisation cellulaire, garantissant leur bon repliement et leur stabilité fonctionnelle.

Question 30

Quel système de chaperons eucaryotes est similaire au système DnaJ/DnaK/GrpE des procaryotes ?

Answer 30

Chez les eucaryotes, le système HSP70/HSP40/BAG1 joue un rôle similaire au système DnaJ/DnaK/GrpE des procaryotes en facilitant le repliement de toutes les tailles de protéines.

Question 31

Quel système de chaperons eucaryotes est similaire au système GroEL/GroES des procaryotes ?

Answer 31

Chez les eucaryotes, la chaperonine TRiC (TCP-1 Ring Complex) remplit une fonction similaire à GroEL/GroES chez les procaryotes, en permettant le repliement assisté de protéines mal repliées.

Question 32

Quels sont les facteurs associés au ribosome pour le repliement des protéines chez les procaryotes et les eucaryotes ?

Answer 32

- Procaryotes : TF (Trigger Factor). - Eucaryotes : NAC (Nascent-Chain Associated Complex). Ces facteurs se lient au ribosome pour aider au repliement des protéines naissantes.

Question 33

Quel est l’équivalent de HSP70 chez les procaryotes et les eucaryotes et utilise-t-il de l’ATP ?

Answer 33

- Procaryotes : DnaK (équivalent de HSP70). - Eucaryotes : HSP70. - ATP : Non requis pour le chaperon lui-même, mais utilisé pour la dissociation du substrat.

Question 34

Quels sont les co-chaperons associés à HSP70/DnaK chez les procaryotes et les eucaryotes ?

Answer 34

- Procaryotes : DnaJ (équivalent de HSP40). - Eucaryotes : HSP40. - ATP : Oui, l’activité ATPase est essentielle pour la fonction du co-chaperon.

Question 35

Quels sont les facteurs d’échange de nucléotides chez les procaryotes et les eucaryotes ?

Answer 35

- Procaryotes : GrpE. - Eucaryotes : BAG1. - ATP : Oui, nécessaire pour l’échange des nucléotides ADP/ATP dans le cycle de chaperon HSP70/DnaK.

Question 36

Quelle est l’équivalence entre les chaperonines procaryotes et eucaryotes ?

Answer 36

- Procaryotes : GroEL/GroES. - Eucaryotes : TRiC. Les chaperonines sont essentielles pour le repliement des protéines difficiles à replier spontanément.

Question 37

Quel facteur chez les bactéries est équivalent au NAC des mammifères ?

Answer 37

Le Trigger Factor (TF) chez les bactéries est équivalent au NAC (Nascent-Chain Associated Complex) chez les mammifères, tous deux facilitant le repliement des protéines naissantes.

Question 38

Comment TF interagit-il avec le ribosome chez les bactéries ?

Answer 38

Le TF (Trigger Factor) se lie à la grosse sous-unité ribosomale avec une stœchiométrie 1:1, en interagissant à la fois avec les protéines ribosomiques et la chaîne naissante.

Question 39

TF est-il toujours associé au ribosome ?

Answer 39

Non, le TF n’est associé au ribosome que lorsque la chaîne naissante est présente, garantissant un contrôle précis du repliement.

Question 40

Quel type de séquences TF reconnaît-il dans la chaîne naissante ?

Answer 40

Le TF reconnaît les petites séquences riches en acides aminés hydrophobes dans la chaîne naissante, aidant ainsi au repliement des protéines contenant des cœurs hydrophobes.

Question 41

Le facteur de gâchette (TF) a-t-il une activité ATPase ?

Answer 41

Non, TF (Trigger Factor) ne possède pas d’activité ATPase. Il fonctionne en s’associant au ribosome pour aider au repliement des protéines naissantes sans avoir besoin d’hydrolyser de l’ATP.

Question 42

Quel est le rôle du TF dans la protection des protéines néo-synthétisées ?

Answer 42

TF protège les petits polypeptides (< 25 kDa) contre l’agrégation en empêchant leur interaction prématurée avec d’autres protéines. Il agit dès la sortie du ribosome pour stabiliser ces protéines en attendant leur repliement correct.

Question 43

Quel est le modèle de repliement des protéines avec deux domaines ?

Answer 43

Le repliement des protéines multi-domaines suit plusieurs étapes : 1. La chaîne naissante sort du ribosome. 2. Le domaine 1 se replie en premier. 3. Dissociation du domaine 1 de son état intermédiaire. 4. Repliement du domaine 2, complétant ainsi la structure native.

Question 44

DnaK/HSP70 s’associe-t-il directement avec le ribosome ?

Answer 44

Non, DnaK/HSP70 ne s’associe pas directement avec le ribosome. Il intervient après la sortie de la protéine pour faciliter son repliement en reconnaissant des motifs spécifiques dans la chaîne polypeptidique.

Question 45

Quelle est la longueur des peptides reconnus par DnaK/HSP70 ?

Answer 45

DnaK/HSP70 reconnaît et lie des peptides de 7 résidus dans les protéines en cours de repliement.

Question 46

Quelles sont les caractéristiques des peptides reconnus par DnaK/HSP70 ?

Answer 46

DnaK/HSP70 reconnaît des peptides hydrophobes contenant généralement une leucine ou une isoleucine au centre.

Question 47

Quelle conformation adoptent les peptides reconnus par DnaK/HSP70 ?

Answer 47

Les peptides sont reconnus dans leur conformation étendue, ce qui permet leur interaction efficace avec DnaK/HSP70 avant qu’ils ne se replient complètement.

Question 48

À quelle forme d’énergie est associée la liaison de DnaK/HSP70 avec les peptides ?

Answer 48

DnaK/HSP70 lie les peptides lorsqu’il est associé à l’ATP, permettant un cycle de fixation et de relâchement contrôlé par l’hydrolyse de l’ATP.

Question 49

Quel changement se produit après la liaison de DnaK/HSP70 avec une protéine ?

Answer 49

Après la liaison, l’ATP est hydrolysé en ADP, ce qui entraîne un changement de conformation du complexe DnaK/HSP70, favorisant la stabilisation de la protéine en cours de repliement.

Question 50

Quel est le rôle de DnaJ/HSP40 dans le cycle de DnaK/HSP70 ?

Answer 50

DnaJ/HSP40 se lie à DnaK/HSP70 et accélère l’hydrolyse de l’ATP, permettant une transition rapide vers la conformation stable nécessaire pour le repliement des protéines.

Question 51

Quel est le rôle de GrpE/BAG1 dans le cycle de DnaK/HSP70 ?

Answer 51

GrpE (procaryotes) et BAG1 (eucaryotes) aident à dissocier l’ADP de DnaK/HSP70. Après cette dissociation, une nouvelle molécule d’ATP se lie, ce qui entraîne la libération du peptide et permet un nouveau cycle de fixation.

Question 52

Comment fonctionne le mécanisme de repliement des protéines via DnaK/HSP70 ?

Answer 52

1. DnaK/HSP70 préfère les polypeptides de plus de 25 kDa. 2. Les grosses protéines (> 60 kDa) qui ne peuvent pas entrer dans GroEL/TRiC sont majoritairement prises en charge par DnaK/HSP70. 3. Le temps de repliement est proportionnel à la taille de la protéine. 4. Les grosses protéines nécessitent plusieurs cycles d’interaction avec DnaK/HSP70 pour atteindre leur conformation native.

Question 53

Quelle est la structure générale des chaperonines ?

Answer 53

Les chaperonines sont de gros complexes en anneaux, constitués de deux structures symétriques, pesant environ 800 kDa.

Question 54

Quelles sont les deux classes de chaperonines et quelles sont leurs différences ?

Answer 54

- Classe 1 : GroEL/GroES (procaryotes) → Nécessite GroES pour fonctionner. - Classe 2 : TRiC (eucaryotes) → Fonctionne sans GroES, avec une architecture similaire mais une séquence différente.

Question 54

Quelle est l’organisation des sous-unités dans le système GroEL/GroES ?

Answer 54

GroEL/GroES est constitué de deux anneaux accolés, chaque anneau comportant 7 sous-unités, empaquetées dos à dos pour créer une cavité permettant le repliement des protéines.

Question 55

Quels sont les trois domaines des sous-unités du système GroEL/GroES ?

Answer 55

Chaque sous-unité du système GroEL/GroES est composée de trois domaines : 1.Équatorial → Lie l’ATP et stabilise la structure. 2.Intermédiaire → Sert de liaison entre les domaines. 3. Apical → Forme l’entrée du cylindre et interagit avec la protéine à replier.

Question 56

Quel domaine de GroEL est responsable de la liaison de l’ATP ?

Answer 56

Le domaine équatorial des sous-unités de GroEL lie l’ATP, fournissant l’énergie nécessaire pour le fonctionnement du cycle d’encapsulation et de repliement des protéines.

Question 57

Quel est le rôle du domaine apical dans GroEL/GroES ?

Answer 57

Le domaine apical forme l’entrée du cylindre, permettant l’interaction entre GroEL et la protéine substrat avant son encapsulation pour le repliement.

Question 58

Pourquoi les résidus hydrophobes sont-ils orientés vers le centre de la cavité dans GroEL/GroES ?

Answer 58

Les résidus hydrophobes sont dirigés vers l’intérieur de la cavité pour favoriser la liaison des protéines substrats, qui possèdent elles aussi des régions hydrophobes exposées.

Question 59

Comment GroEL/GroES reconnaît-il les protéines substrats ?

Answer 59

Les résidus hydrophobes exposés dans GroEL/GroES se lient aux résidus hydrophobes du substrat, facilitant son encapsulation et son repliement correct dans l’environnement protégé de la chaperonine.

Question 60

Quel type de couplage allostérique existe dans le système GroEL/GroES ?

Answer 60

Dans le système GroEL/GroES, il y a un couplage allostérique négatif entre les deux anneaux, ce qui signifie que lorsque l’un des anneaux lie un substrat, l’autre est inhibé, empêchant la liaison simultanée de substrats dans les deux cavités.

Question 61

Quel est le rôle de la protéine disulfure isomérase (PDI) dans le repliement des protéines ?

Answer 61

La PDI (Protéine Disulfure Isomérase) est une enzyme qui facilite le repliement des protéines nécessitant la formation de ponts disulfures. Elle est essentielle pour prévenir la dénaturation des protéines qui dépendent de ces liaisons stabilisantes.

Question 62

Quel est le motif de séquence du site actif de la PDI et pourquoi est-il important ?

Answer 62

Le site actif de PDI contient le motif C-G-H-C, où les deux cystéines sont essentielles pour les réactions d’oxydation et de réduction qui permettent la formation et la réorganisation des ponts disulfures.

Question 63

Quel est le rôle de la PDI sous sa forme réduite ?

Answer 63

Sous sa forme réduite, la PDI catalyse le brassage des ponts disulfures, facilitant l’échange entre différentes liaisons disulfures pour assurer un repliement correct des protéines.

Question 64

Quel est le rôle de la PDI sous sa forme oxydée ?

Answer 64

Sous sa forme oxydée, la PDI catalyse la formation de ponts disulfures, permettant ainsi aux protéines de stabiliser leur conformation native.

Question 65

Quel pourcentage des protéines eucaryotes contient des régions désordonnées ou non structurées ?

Answer 65

Environ 50% des protéines eucaryotes possèdent des régions désordonnées ou non structurées, ce qui signifie qu’elles contiennent des segments dépliés qui n’adoptent pas une conformation stable en l’absence d’interaction avec d’autres molécules.

Question 66

Quelles sont les caractéristiques des régions désordonnées en termes de composition en acides aminés ?

Answer 66

Les régions désordonnées sont enrichies en acides aminés polaires, notamment : - Glutamine (Q), Asparagine (N), Sérine/Thréonine (S/T), Proline (P), Glutamate/Aspartate (E/D). Ces résidus empêchent la formation d’une structure stable et compacte.

Question 67

Dans quels types de protéines trouve-t-on fréquemment des régions désordonnées ?

Answer 67

Les régions désordonnées sont particulièrement courantes dans : 1. Les facteurs de transcription. 2. Les protéines impliquées dans les voies de signalisation cellulaire. 3. Les protéines virales.

Question 68

Comment les régions désordonnées acquièrent-elles une structure définie ?

Answer 68

Les régions désordonnées se replient souvent lorsqu’elles se lient à une autre protéine, ce qui leur permet d’adopter une structure stable en fonction de leur partenaire d’interaction.

Question 69

Quel est le lien entre les régions désordonnées et certaines maladies neurologiques ?

Answer 69

Les régions désordonnées sont impliquées dans de nombreuses maladies neurologiques, notamment les amyloïdoses, où des protéines mal repliées forment des agrégats toxiques dans les tissus neuronaux.

Question 70

Qu’est-ce qu’une amyloïdose et quel est son impact sur les protéines solubles ?

Answer 70

Les amyloïdoses sont un groupe de maladies où des protéines normalement solubles se transforment en fibrilles insolubles ou en plaques, contribuant ainsi à des dysfonctionnements cellulaires et tissulaires.

Question 71

Pourquoi les dépôts amyloïdes sont-ils appelés ainsi et quelle est leur structure ?

Answer 71

Les dépôts amyloïdes ont une structure fibrillaire bien définie, et leur apparence sous le microscope ressemble à celle de l’amidon (amylose), d’où leur nom.

Question 72

Combien de maladies sont classées comme amyloïdoses et quelles sont les plus connues ?

Answer 72

Environ 20 maladies sont classées comme amyloïdoses, dont les plus connues sont : - Alzheimer - Parkinson Ces maladies sont caractérisées par l’agrégation de protéines anormales dans le cerveau.

Question 73

Quelles maladies à prion sont classées comme encéphalopathies spongiformes ?

Answer 73

Les maladies à prion sont des encéphalopathies spongiformes, caractérisées par la formation d’agrégats de prions pathogènes. Exemples : - Creutzfeldt-Jakob (humain). - Scrapie (mouton). - Encéphalopathie spongiforme bovine (BSE, "vache folle").