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CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 1 CHMI 2227F Biochimie I Protéines: - Structure quaternaire.

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1 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 1 CHMI 2227F Biochimie I Protéines: - Structure quaternaire

2 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 2 Structure quaternaire

3 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 3 Structure quaternaire La structure quaternaire implique par défaut plusieurs polypeptides: Oligomères Hétéromères Ces sous-unités interagissent les unes avec les autres via les forces dinteraction faibles usuelles (ponts H, Van der Waals, ioniques, hydrophobiques) et/ou des ponts disulfure; Pour les protéines aqueuses, linterface de contact entre les sous unités implique souvent, mais pas toujours, des acides aminés hydrophobes. Pour les protéines membranaires, les acides aminés à linterface de contact sont usuellement hydrophiles; Porine: une protéine membranaire trimérique hydrophobe hydrophile

4 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 4 Structure quaternaire Hémoglobine Faite de 4 sous-unités polypeptidiques: 2 copies dune sous-unité (ou HbA): en jaune et bleu; 2 copies dune sous-unité (ou HbB): rouge et rose Chaque sous-unité possède son propre groupe hème et peut lier l O 2 Chaque sous-unité est très similaire, au niveau structural, à la myoglobine; À la fois lhémoglobine et la myoglobine lient lO 2 ;

5 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 5 Structure quaternaire Hémoglobine HbA vs myoglobine HbAMyoglobine

6 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 6 Structure quaternaire Liaison de loxygène par Hb et myoglobine 4 principaux acides aminés entourent le groupe hème: Phe 43 His 64 Val 68 His 93 Ces acides aminés créent un environnement hydrophobe qui maintient en place le groupe hème; Aussi: His 93 lie latome Fe 2+ ;

7 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 7 Structure quaternaire Liaison de loxygène par Hb et myoglobine LO 2 lie latome Fe 2+ du groupe hémique, et est maintenu en place par His 64; La myoglobine et lHb liée à lO 2 est appelée oxymyoglobine/oxyHb; La myoglobine/Hb non-liée à lO 2 est appelée désoxymyoglobine/désoxyHb Bon, si Myo et Hb peuvent toutes deux lier O 2, pourquoi Hb est-elle multimérique, alors que la Myo est monomérique? POURQUOI???

8 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 8 Structure quaternaire Liaison de loxygène par Hb et myoglobine A B La liaison de lO 2 par la myoglobine suit un simple équilibre où la quantité de Myo liée à lO 2 (y) varie directement en fonction de la quantité dO 2 présente; Cependant, la liaison de l O 2 par Hb est plus complexe: À une concentration faible d O 2, peu de molécules de Hb sont liées, et ce même lorsque la concentration O 2 est augmentée progressivement (partie A de la courbe Hb); Cependant, lorsquune certaine concentration d O 2 est atteinte, Hb devient rapidement saturée O 2 (partie B de la courbe Hb);

9 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 9 Structure quaternaire Liaison de loxygène par Hb et myoglobine A B À de fortes concentration d O 2, les Myo et Hb sont toutes deux saturées, indiquant quil ny a plus de sites de liaison de disponible. Fait à noter: Laffinité de la Myo et de lHb pour loxygène varie dun facteur 10: Seulement 2.8 Torr est requis pour saturer 50% des molécules de Myo; Cependant, 26 Torr sont requis pour saturer 50% des molécules dHb.

10 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 10 Structure quaternaire La liaison dO 2 change la structure 3-D de lHb Sous la forme désoxy-Hb, le Fe 2+ est lié à 5 autres groupes: His 93 et 4 groupes amine de lhème; Quand une sous-unité de lHb lie O 2, latome de Fe 2+ bouge vers le plan du group hème, et ce faisant, tire sur His 93 et lhélice- ; Ceci cause une modification subtile mais significative dans la structure tertiaire des autres sous-unités Hb, même celles qui sont sous la forme désoxy-Hb;

11 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 11 Structure quaternaire La liaison dO 2 change la structure 3-D de lHb La conséquence de ce changement subtile de conformation est une augmentation de laffinité des ces autres sous- unités pour lO 2 ; Ce phénomène, où une changement subtil dans la forme dune sous-unité induit un changement similaire chez les autres sous-unités est appelé coopérativité; Les molécules qui exercent un effet de coopérativité sont aussi appelées molécules allostériques; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/Hb-animation2.gif

12 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 12 Structure quaternaire LHb est une protéine allostérique Ce phénomène explique très bien le comportement de lHb en présence de l O 2 : À une pO 2 faible, toutes les sous-unités Hb sont sous la form désoxy et possèdent une faible affinité pour O 2 : en dautres mots, elles lient O 2 très faiblement; À une pO 2 plus élevée, une des 4 sous-unités lie O 2, change de conformation et transmet ce changement de forme aux 3 autres sous- unités; Les 3 autres sous-unités, avec maintenant une affinité; plus élevée pour l O 2, vont rapidement lier O 2 et être saturées. O2O2 O2O2 O2O2 O2O2 O2O2 O2O2 O2O2 O2O2 O2O2 O2O2 O2O2 Faible affinité Haute affinité Saturée O2O2 O2O2

13 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 13 Structure quaternaire Pourquoi Hb est allostérique, alors que Myo ne lest pas? Si Hb se comportait comme Myo, la majorité des molécules dHb demeureraient liées à l O 2 et ne libéreraient pas lO 2 dans les tissus; À linverse, une Myo qui se comporte comme Hb laisserait trop facilement aller lO 2, limitant dramatiquement lhabileté de nos muscles de travailler sous des conditions aérobiques;

14 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 14 Leffet Bohr Leffet Bohr est lobservation que la liaison de lO 2 par lhémoglobine diminue lorsque le pH devient plus acide; Cet effet explique pourquoi lhémoglobine lie O 2 dans les poumons et le libère dans les tissus; http://www.aw-bc.com/mathews/ch07/fi7p16.htm

15 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 15 Échanges gazeux Dans les tissus Tissus Érythrocytes Glucose + O 2 ATP CO 2 H2OH2O Anhydrase carbonique H 2 CO 3 HCO 3 - H+H+ Plasma HCO 3 - (vers les poumons) Hb-4O 2 Hb-H + 4O 2 H 2 O + Cl -

16 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 16 Échanges gazeux Dans les poumons Poumons Érythrocytes CO 2 H2OH2O Anhydrase carbonique H 2 CO 3 HCO 3 - H+H+ Plasma HCO 3 - Hb-4O 2 Hb-H + 4O 2 O2O2 H 2 O + Cl - CO 2 Air CO 2 O2O2


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