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

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

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

6 CHMI 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 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 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 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 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 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;

12 CHMI 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 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 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;

15 CHMI 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 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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