Structure secondaire

Question 1

Les brins / feuillets β

Answer 1

Structure périodique étendue, stabilisée par des liaisons hydrogène inter– brins
Longueur moyenne: 5-10 résidus

Question 2

Structure secondaire

Answer 2

Organisation locale de la conformation des résidus de la séquence

Question 3

Organisation liée aux chaînes principales mais pas uniquement:

Answer 3

deux séquences identiques

peuvent présenter des structurations secondaires différentes

Question 4

Angles dièdres du squelette réguliers ⇒

Answer 4

diagramme de Ramachandran

Question 5

Les hélices

Answer 5

• Repliement périodique de forme hélicoïdal
• Hélice droite = sens horaire
• Hélice gauche = sens anti-horaire
• Liaisons hydrogène entre les groupements COi et NHi+c
• c = connectivité de l’hélice
(définit le type d’hélice)

Question 6

Les hélices α

Answer 6

Structure compacte
• Liaisons hydrogène interne entre COi et NHi+4
• 3, 6 résidus par tour d’hélice
• Chaînes latérales tournées vers l’extérieur

Question 7

Les différents types d’hélices

Answer 7

alpha, 310, pi

Question 8

Les feuillets β

Answer 8

• Association de plusieurs brins β par des liaisons hydrogène inter– brins
• Un feuillet est plissé, et non plan

Question 9

Autres structures secondaires :

Answer 9

• Hernie β
• Coude
• Pelote statistique

Question 10

Hernie β:

Answer 10

insertion d’un résidu avec des angles dièdres dans un brin β ⇒ rupture du
motif des liaisons hydrogène

Question 11

Coude:

Answer 11

repliement du squelette carboné sur une longueur de quelques résidus pour relier
2 structures

Question 12

Pelote statistique:

Answer 12

repliement non périodique mais stable (coil en anglais)

Question 13

Structures secondaires

Answer 13

• Repliements locaux de la chaîne principale d’une protéine
• Formées par un réseau de liaisons hydrogène backbone/backbone
• Correspondent à des séries de valeurs spécifiques des angles dièdres φ et ψ ⇒ diagramme
de Ramachandran

Question 14

Répartition des structures secondaires

Answer 14

• Hélices α: ~30% des résidus
• Feuillets β: ~20% des résidus
• Structures à haute stabilité énergétique
• MALEK plutôt dans les hélices, WYVIT plutôt dans les feuillets

Question 15

Attribution des structures secondaires

Answer 15

À partir de la structure 3D d’une protéine, on détecte les zones de structuration secondaire et
leur type

Question 16

Intérêts de l’attribution

Answer 16

• Indice du fold de la protéine
• Lié à la fonction de la protéine
• Permet de mieux aligner les séquences
• Utile pour la prédiction de structure tertiaire

Question 17

Méthodes d’attribution

Answer 17

• DSSP (1983): basé sur la recherche de liaisons hydrogène potentielles
• DEFINE (1988): distances entre les carbones α
• P-CURVE (1989): fonction de trace/backbone
• STRIDE (1995): rajoute un critère d’angle à DSSP

Question 18

DSSP

Answer 18

Méthode basée sur la recherche de liaisons hydrogène potentielles

S’appuie sur deux observations:
• 90% des atomes donneurs et accepteurs de liaisons hydrogène au sein de la chaîne
principale forment des liaisons hydrogène
• 62% de ces liaisons sont intra-backbone

Question 19

Structures DSSP

Answer 19

• Hélice α: i →i + 4
• Hélice 310: i →i + 3
• Hélice π: i →i + 5
• Feuillets β: 3 liaisons H i − 1, i, i + 1 →j − 1, j, j + 1
• n-turn: liaison unique i →i + n
• Bend: angle [Cα(i) − Cα(i − 2)], [Cα(i) − Cα(i + 2)]

Question 20

DEFINE

Answer 20

Compare les distances inter-Cα à un masque de structures secondaires idéales

Question 21

P-Curve

Answer 21

• Analyse la courbure de la protéine
• Assigne les structures en fonction de la différence d’angles entre les plans peptidiques par
comparaison à une base de motifs idéaux

Question 22

STRIDE

Answer 22

• Calcul des liaisons hydrogène potentielles et des angles dièdres φ − ψ
• Angles définissent les structures secondaires (Ramachandran)
• Ehbond ignorée si les angles sont défavorables

Question 23

Répartition non uniforme des acides aminés: propension

Answer 23

• Hélices α riches en A, L, pauvres en P et G
• Heuillets β riches en V, I, pauvres en G, P et D
• Hélices 310 riches en P, pauvres en A, L
• Coudes β pauvres en V, I
• Aucune méthode d’attribution n’utilise ces informations → base des premières méthodes
de prédiction des structures secondaires

Question 24

Prédiction de la structure secondaire

Answer 24

À partir de la séquence seule, prédire la structuration secondaire: hélice, brins, boucle . . .
pour chaque résidu de la protéine
Note: après la prédiction, il faut valider la qualité de cette prédiction!

• Un des premiers défis de la bio-informatique (~1967)
• Issu d’une observation simple: un enchaînement d’acides aminés particulier a une
structure secondaire préférentielle

Question 25

De nombreuses méthodes prediction

Answer 25

• Approche statistique (Chou-Fasman, GOR)
• Homologie (Levin)
• Thermodynamique (Eisenberg, Lim)
• Évolution dirigée (Barton, Niemann)
• Apprentissage (Qian-Sejnowski, Karplus)
• Reconnaissance de motifs (Cohen, Rooman)
• Méthodes combinées (Rost, Levin, Argos)

Question 26

Facteur de qualité

Answer 26

• Q3 = (A + C)/N
A = Vrai positif (Prédit SSr, attribué SSr)
B = Faux positif (Prédit SSr, attribué boucle)
C = Vrai négatif (Prédit boucle, attribué boucle)
D = Faux négatif (Prédit boucle, attribué SSr)
• Quid de la valeur de Q3 pour une prédiction aléatoire?

Question 27

Chou-Fasman (1974): principe

Answer 27

• Approche statistique: exploite la répartition non uniforme des acides aminés dans les
structures secondaires
• Pour chaque acide aminé de la séquence, on détermine empiriquement des coefficients
reflétant leur propension P(α) à se trouver dans une hélice α, P(β) dans un feuillet β ou
P(c) dans une boucle (“coil”)
• Calcul sur une fenêtre (effets de voisinage)

• Propension = fréquence normalisée par rapport à une valeur moyenne de 1
• Pro(AA,ss) = freq(AA,ss)/freq(AA)
• freq(AA,ss) = N(AA,ss)/N(ss)
• freq(AA) = N(AA)/Ntotal (AA)

Question 28

Chou-Fasman: règles pour les hélices

Answer 28

• Recherche de clusters de 6 résidus dont 4 avec une forte propension à être en hélice α
• Étendre dans les deux directions jusqu’à rencontrer un tétra-peptide dont hP(α)i < 1.00
Hélice
Tout segment de six résidus ou plus avec hP(α)i ≥ 1.03 et hP(α)i ≥ hP(β)i et respectant les
règles précédentes est prédite comme hélice

Question 29

Chou-Fasman: règles pour les feuillets

Answer 29

• Recherche de clusters de 5 résidus dont 3 avec une forte propension à être en feuillet β
• Étendre dans les deux directions jusqu’à rencontrer un tétra-peptide dont hP(β)i < 1.00
Hélice
Tout segment de six résidus ou plus avec hP(β)i ≥ 1.05 et hP(β)i ≥ hP(α)i et respectant les
règles précédentes est prédite comme feuillet

Question 30

Limites de l’algorithme Chou-Fasman

Answer 30

• Ne prend pas en compte les informations à distance (> 3 résidus)
• Les propensions ne sont pas additives en réalité
• hQ3i ∼ 55% dans les meilleurs cas