Les protéines. 1.5.2. Protéines fibreuses. 1.5.3. Cytosquelette. * Principe. L’hémoglobine. * Structure. Changement de conformation * Fixation O 2 * Fixation.

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1 Les protéines

2 1.5.2. Protéines fibreuses. 1.5.3. Cytosquelette. * Principe. L’hémoglobine. * Structure. Changement de conformation * Fixation O 2 * Fixation DPG * Collagène. * Kératine. * Actine. * Tubuline. 1.5. Structure quaternaire. 1. Structure des protéines. * 1.5.1. Organisation. 1.5.4. Complexes transitoires. Les seconds messagers * La contraction musculaire.

3 1. Structure des protéines. * 1.1.1. Représentation et isomérie. * 1.2.1. Liaison peptidique. * 1.2.2. Séquence. 1.1. Propriétés des acides aminés. 1.3. Structure secondaire. * 1.3.1. Liaisons de faible énergie. * 1.3.2. Structures. 1.4. Structure tertiaire. 1.5. Structure quaternaire. 1.2. Structure primaire. * 1.1.2. Polarité des chaînes latérales. * 1.1.3. pHi. * 1.4.2. Méthode d’étude. * 1.4.3. Protéine globulaire. * 1.4.5. Protéine fibreuse. * 1.4.6. Pliage et dénaturation. * 1.5.1. Organisation. * 1.5.2. Protéine fibreuse. * 1.5.3. cytosquelette. * 1.4.1. Organisation. * 1.4.4. Protéine membranaire. * 1.6. Protéomique.

4 Structure tertiaire (monomère) 1.5. Structure quaternaire. Beaucoup de protéines sont composées d’une seule chaîne polypeptidique. Beaucoup d’autres sont formées de plusieurs chaînes, des sous unités. Structure quaternaire (sous-unité) Liaisons entre les sous-unités: - ponts disulfures ponts disulfures - liaisons non covalentes liaisons non covalentes - interactions hydrophobes interactions hydrophobes Homodimère: Protéine composée de sous-unités identiques. Hétérodimère: Protéine composée de sous-unités différentes. 1.5.1. Organisation. Une protéine, même composées de plusieurs sous-unités (par exemple l’hémoglobine) est considérée comme une protéine simple dotée d’une fonction unique. Retour plan

5 1.5. Structure quaternaire. L’hémoglobine est l’exemple type de molécule soluble multimérique. 1.5.1. Organisation. Une protéine, même composées de plusieurs sous-unités (par exemple l’hémoglobine) est considérée comme une protéine simple dotée d’une fonction unique.     Zone de contact  2  1 Zone de contact  1  1 Les zones de contact permettent la rotation (15°) des 2 paires  l’une par rapport à l’autre et ainsi le changement de conformation de la protéine au cours de la fixation d’O 2. Contrairement aux cytochromes, l’hème est fixé de façon non covalente aux globines. Retour plan

6 1.5. Structure quaternaire. 1.5.1. Organisation. Contrairement aux cytochromes, l’hème est fixé de façon non covalente aux globines. L’atome de fer (sous forme ferreuse) est fixé de façon covalente à l’His F8 et est stabilisé par l’His E7. C’est le moteur du changement de conformation. Retour plan

7 1.5. Structure quaternaire. 1.5.1. Organisation. Le DPG (2,3 diphosphoglycérate, dérivé du 1,3 DPG formé au cours de la glycolyse) se fixe dans la « cheminée » centrale de la protéine et se fixe à 3 groupes chargés de chaque chaîne . Lys 82 His 2 DPG His 183 La présence du DPG modifie la conformation de l’hémoglobine et diminue son affinité pour O 2. On en reparlera plus tard avec les enzymes allostériques! Retour plan

8 1.5. Structure quaternaire. 1.5.1. Organisation. 8 trimères de transacétylase 12 déhydrogénasesUne protéine, même composée de plusieurs sous-unités (par exemple l’hémoglobine) est considérée comme une protéine simple dotée d’une fonction unique. Il existe de nombreux exemples de protéines différentes, chacune douée de leur propre fonction, qui sont associées physiquement. On parle de complexe multiprotéique. pyruvateacétylCoA La pyruvate déshydrogénase est formée de 60 chaînes polypeptidiques différentes qui correspondent à trois types d’enzymes différentes. 24 pyruvate décarboxylases Retour plan

9 1.5. Structure quaternaire. Les protéines fibreuses possèdent une conformation et une séquence monotone. 1.5.2. Les protéines fibreuses. 0,5 µm Collagène. Le collagène est uniquement présent dans les matrices extracellulaires. C’est la protéine la plus représentée dans l’organisme. Elle représente 25% des protéines. Les fibres de collagènes sont caractérisées par leur grande résistance aux forces de traction. Une fibre d’un millimètre de diamètre peut soutenir un poids de 10 kg. Elles sont principalement produites par les fibroblastes. Il existe 27 type de collagène (I à XXVII). Seul le type IV n’est pas fibreux et forme des réseaux ramifiés.

10 1.5. Structure quaternaire. Le collagène est constitué d’un ensemble d’unités de base, le tropocollagène. 1.5.2. Les protéines fibreuses. 0,5 µm Collagène. Il est formé de trois chaînes polypeptidiques de composition voisine (mais pas identique, d’où les 27 types). 30% de Gly Présence de 2 AA modifiés: Hydroxyproline Hydroxylysine. Séquence répétitive: (Gly – Pro – Hyp) n La petite taille de la glycine lui permet de se glisser dans l’espace entre les chaînes. La structure de la proline permet de « casser » la chaîne pour lui donner la courbure nécessaire.

11 1.5. Structure quaternaire. Les chaînes de tropocollagène s’assemblent pour former les fibres de collagène. 1.5.2. Les protéines fibreuses. 3 nm 300 nm 67 nm Les brins de collagènes sont liés entre eux par des connexions inter- chaînes dues aux Lys qui forment entre elles des connexions aldoliques......et des bases de Schiff avec des hydroylysines. Remarque: Les hydroxylysines sont responsables de la fixation d’un diholoside de glucose et galactose. Une base de Schiff est une liaison formée entre un oxygène d’un alcool ou d’une cétone et l’azote d’une amine. R – N – C - R Retour plan

12 1.5. Structure quaternaire. La kératine est formée de trois hélices a torsadée qui forment un filament intermédiaire de 8 nm de diamètre. 1.5.2. Les protéines fibreuses. Retour plan

13 1.5. Structure quaternaire. Tous les filaments ne sont pas des protéines fibreuses. 1.5.3. Les filaments du cytosquelette. Les microfilaments sont constitués d’actine, une protéine globulaire. actine G actine F Retour plan

14 1.5. Structure quaternaire. 1.5.3. Les filaments du cytosquelette. Les microtubules sont constitués de dimères  de tubuline globulaire. 13 sous-unités. D = 25 nm 5 nm 8nm8nm Retour plan

15 Les fibres musculaires sont constituées d’unités fonctionnelles en série, les sarcomères. * La contraction musculaire. * Structure du sarcomère *

16 * La contraction musculaire. Les sarcomères sont formées de fibres protéiques: les filaments fin (actine) et les filaments épais (myosine) Les sarcomères sont organisés en bandes. * Structure du sarcomère *

17 * La contraction musculaire. MyosineActine * Structure des filaments protéiques* De longs filaments en cane de golfe. Articulés à une extrémité (pour la contraction). Des canes ensemble, ça s’appelle un club? Il ressemble plutôt à un coton tige ! L’actine, on l’a déjà vu ! Il y a quelque chose de plus.

18 * La contraction musculaire. Actine * Structure des filaments protéiques* Un filament de tropomyosine se fixe dans le sillon de l’actine. Il se positionne grâce à un complexe troponine. TnI TnC TnT On verra que ce complexe intervient dans la régulation de la contraction.

19 * La contraction musculaire. * Mécanisme de contraction* Relâchement Contraction La zone H et la bande I diminuent. La taille de la bande A n’est pas modifiée. Comment l’expliquer ? Les filaments coulissent les uns par rapport aux autres.

20 * La contraction musculaire. * Mécanisme de contraction* Les têtes de myosine se fixent sur les filaments d’actine situées tout autour. Les têtes se plient et « tirent » le filament.

21 * La contraction musculaire. * Mesure de tension* Une contraction musculaire est la composée de deux situations extrêmes: Une contraction isométrique On fixe la longueur du muscle et on mesure la tension musculaire correspondante. Une contraction isotonique On fixe une charge à l’extrémité du muscle et on mesure le raccourcissement produit. Une contraction auxométrique est la combinaison des deux reposcontractionreposcontraction

22 * La contraction musculaire. * Mesure de tension* Une contraction isométrique La tension varie avec la longueur du sarcomère. peu de recouvrement peu de force recouvrement max force max chevauchement / encombrement force min

23 * La contraction musculaire. * Contrôle de la contraction* 2 facteurs contrôlent la contraction: ATP Il régule, par changement de conformation, la fixation des têtes de myosine sur l’actine Ca 2+ Il contrôle l’accessibilité des sites de fixation par déplacement de la tropomyosine par l’intermédiaire de la troponine.

24 * La contraction musculaire. * Contrôle de la contraction* On place le décors: Le filament d’actine La tropomyosine...... complexée à la troponine La myosine Je ne fais figurer qu’une seule « cane » pour des raisons de clarté.

25 * La contraction musculaire. * Contrôle de la contraction* La séquence d’évènement: Au cours du relâchement, la tête de myosine fixe de l’ATP Entrée du Ca 2+ La tête hydrolyse l’ATP La tête de myosine fixe un nouvel ATP Sous cette conformation, le complexe tête/ATP ne se fixe pas à l’actine. ATP Ca 2+ Il se fixe sur la sous-unité C de la troponine. Le changement de conformation induit un déplacement du complexe. La tropomyosine suit comme un petit chien. ADP La tête se fixe sur l’actine et le « cou » se tord, provoquant la transtation de la myosine. ATP La tête se libère, prête à un nouveau cycle... ou pas ! ATP Voyez le décalage. ATP

26 * La contraction musculaire. * La calcium dans la cellule* Deux organites sont particulièrement impliqués dans le contrôle de la concentration calcique dans la cellule. Tubules T réticulum sarcoplasmique sarcolemme triade mitochondries Ils permettent l’entrée du Ca 2+ extracellulaire Ils permettent le passage du Ca 2+ stocké dans le RS La triade est une région particulière où tubules T, RS et filaments protéiques sont très proches. Le transport est assuré par : - des canaux voltage dépendants ( sarcolemme ) des canaux voltage dépendants ( sarcolemme ) - des canaux dépendants de ? ( RS ) des canaux dépendants de ? ( RS ) - des pompes Ca-ATPases ( sarcolemme et RS ) des pompes Ca-ATPases ( sarcolemme et RS )

27 * La contraction musculaire. * La calcium dans la cellule* Retour plan L’entrée du calcium est commandé par un signal nerveux: l’arrivée du potentiel d’action. reposPAcontraction

28 ligand (hormone, neuromédiateur,...) R Récepteur changement de conformation G GDP Protéine G GTP changement de conformation AC Adényl cyclase ATPAMPc changement de conformation AMPc

29 L ’inventaire complet des protéines produites par un organisme est son protéome. Ce terme s’applique également aux tissus, cellules ou organites. La protéomique est l’utilisation des technologies pour étudier (purifier et analyser) les protéines. Electrophorèse. Spectrométrie de masse. La protéine isolée est digérée par la trypsine. les fragments sont placé dans un spectromètre de masse où ils sont ionisés et séparés en fonction du rapport masse / charge (m/z). La comparaison de ces rapports avec des résultats théoriques (tenant compte de plusieurs milliers de séquences) permet d’identifier ces fragments Puces de protéines. 5 800 protéines sont alignées sur une lame. On plonge la lame dans un réactif (par exemple une solution de calmoduline et de Ca 2+ ). Les protéines qui les fixent deviennent fluorescentes. + calmoduline + Ca 2+ Mutagénèse ponctuelle dirigée. Etudes virtuelles. Connaître la structure tri dimensionnelle d’une protéine permet de prévoir ses interactions avec d’autres molécules (ligand, récepteurs, médicaments,...). * 1.6. Protéomique.