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STRUCTURE DES PROTÉINES BASES DE LA BIOLOGIE STRUCTURALE Intérêts : « drug design » (IEC), physio- pathologie (HbS) 1 notion 1 méthode 1 exemple des pré-requis.

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1 STRUCTURE DES PROTÉINES BASES DE LA BIOLOGIE STRUCTURALE Intérêts : « drug design » (IEC), physio- pathologie (HbS) 1 notion 1 méthode 1 exemple des pré-requis : -chimie bio-organique : acides aminés (20 AA fondamentaux) et oses, acides gras -biologie cellulaire : fonctions des protéines, acides nucléiques, structure et fonctions des membranes, organites, matrice extra-cellulaire -biophysique : spectroscopies, spectrométries

2 I-DÉFINITIONS ET CLASSIFICATIONS 1-PEPTIDES ET PROTÉINES amidification – classification selon longueur de la chaîne 2-CLASSIFICATION DES PROTÉINES SELON LEUR COMPOSITION holo- et hétéro-protéines (glyco-, lipo-, phospho-, métallo-, chromo-) 3-CLASSIFICATION DES PROTÉINES SELON LEUR STRUCTURE GLOBALE 1 ou plusieurs chaînes polypeptidiques 4-CLASSIFICATION DES PROTÉINES SELON LEURS STRUCTURES 2 RES -protéines globulaires : classes,, /, + -protéines fibrillaires (fibreuses) : 1 type 2 re + superstructure 4 re

3 II-LIAISON PEPTIDIQUE ET STRUCTURE 1 RE 4 niveaux structuraux 1-PROPRIÉTÉS DE LA LIAISON PEPTIDIQUE mésomérie distances interatomiques diminuées, coplanéité des atomes, conformation trans bloquée, NH non ionisable, flexibilité par rotations sur les axes C - C et C -N 2-NOMENCLATURES -orientation conventionnelle: N C n Phe – Val – Asn – Glu – His – Leu F V N Q HL -définition de la structure 1re : séquence et séquençage

4 3-OLIGOPEPTIDES - POLYPEPTIDES -propriétés organoleptiques -caractère amphotère : définition du pI (zwitterion) -caractère amphiphile -hydrolyses : chimiques (HCl, NaOH, CNBr) et enzymatiques (amino-, carboxy-, endo-peptidases) -exemples doligopeptides dintérêt biologique : glutathion, insuline, endorphines… 4-SÉQUENÇAGE DES PEPTIDES ET PROTÉINES -méthodes chimiques (Sanger, Edman/PITC) et par la génétique moléculaire (cDNA et code génétique) -résultats dans les protéines globulaires et fibreuses

5 III-STRUCTURE 2 RE 1-DÉFINITION -repliement régulier, périodique (hélice, feuillet ) ou non (coude ) angles (C -C) et (C -N) -rôle des liaisons H -diagramme de Ramachandran: conformations stables 2-HÉLICE -modèle -kératine et hémoglobine, myoglobine : et du même signe, liaison H/n + 4, 3,6 résidus/tour, hélice droite (3,6 - 13)

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8 3-FEUILLET -conformation : modèle -kératine ( - 40°, + 60°) -associations de brins en feuillet : liaisons H parallèle ou anti-parallèle (+ stable) -« épingles à cheveux » type I et II (Gly); coude -AA favorisant 4-STRUCTURES NON PÉRIODIQUES -coudes (2 re apériodique) : cis-Pro (6 %) sites de modifications post-traductionnelles (P, chaînes glycaniques…) -plus rarement : hélice 3, gauche hélice (liaison H/n + 5) hélice (liaison H/n + 3, 3 résidus/tour) -AA favorisant

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12 5-SUPER-STRUCTURES 2 RES : -boucle- (sites de liaison du Ca 2++, de lADN…) « fagot » (4 hélices antiparallèles) : « the hemoglobin form » :motif grec, « tonneau » (antiparallèles), feuillets parallèles : « hélice » -boucles : jonctions stables -« pelote statistique » : modèle polyAsp ou polyGlu

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17 IV-STRUCTURE 3 RE 1-DÉFINITION -conformation privilégiée (thermodynamiquement stable : entropie minimale), aspects tridimensionnels/repliements multiples dont ceux du 2 re -relations structure/activité : adaptations conformationnelles (efficacité catalytique des enzymes, reconnaissances AG/AC et récepteur /ligand) / : (motif de Rossman/déshydrogénases à NAD+) « tonneau » /, « feuille torsadée », « sabot » / (enzymes glycolytiques : HK, TPI, PK) / + (tyrosyl-tRNA-synthétase) / + (carboxypeptidases : Zn 2+ )

18 3-DÉNATURATION -emploi de réducteurs : ME, DTT dénaturation partielle ponts disulfure intra- et inter-caténaires (Ig) -dénaturations thermique, chimique (pH extrêmes, précipitations au pI et aux sels neutres, emploi dagents dénaturantss type urée et SDS) 2-MAINTIEN DE LA STRUCTURE 3 RE Liaisons stabilisatrices : S -ponts disulfure : Cys adjacentes en 3D -interactions faibles : liaison ionique par interactions électrostatiques, liaison H, interactions hydrophobes (forces de Van der Waals)

19 -Les chaperons protéiques (chaperonines et HSP, protéino-disulfure-isomérases/ponts SS, peptidyl-prolyl-isomérase/cis-Pro) exemple du système GROEL/GROES 4-LE REPLIEMENT CONFORMATIONNEL -Définition : co-traductionnel polypeptide replié biologiquement actif aspects thermodynamiques et cinétiques : intermédiaires à la recherche du repliement de plus faible S.phase rapide : nécessité « chaperons » moléculaires.phase lente : spontanée (thermodynamie)

20 -Aspects cinétiques : < 100 AA : sans intermédiaire (0,1 - 1 s) > 100 AA : intermédiaires guidés par chaperons ( s) « molten-globule » : enfouissement des résidus hydrophobes, importance des coudes et des ponts SS -Familles et super-familles de repliement : conservation phylogénique (structurale/super 2 re et domaines, mais fonctionnel prime sur le structural/super-familles) exemple : les sérine-protéases (conservation du site actif)

21 V-STRUCTURE 4 RE 1-DÉFINITION -association spécifique de plusieurs chaînes polypeptidiques par liaisons faibles, non covalentes ; définition différente pour protéines fibreuses -notion doligomérie (monomères identiques ou protomères différents/gènes différents à expression coordonnée), structure symétrique 2-MODÈLE DE LHÉMOGLOBINE Structure 4 re et allostérie

22 3-LALLOSTÉRIE, UN EXEMPLE DE TRANS- CONFORMATION -équilibre entre plusieurs conformères : 2 (T/R) : théorie de Monod-Wyman-Changeux plusieurs conformères selon le nombre doligomères : Koshland -relations avec activité biologique (protéines de transport, récepteurs/effets homotropes des ligands, enzymes allostériques/effets homotropes des substrats et hétérotropes de ligands) régulations métaboliques cellulaires et physiologiques

23 VI-HÉTÉROPROTÉINES ET MODIFICATIONS POST- TRADUCTIONNELLES 1-PHOSPHOPROTÉINES ET PHOSPHORYLATIONS -protéine-kinases/phosphatases spécifiques -sites de phosphorylation : -OH (Ser, Thr, Tyr) 2-MÉTALLOPROTÉINES Cations métalliques ou alcalino-terreux/liaisons de coordination 3-GLYCOPROTÉINES ET GLYCOSYLATIONS -chaînes glycaniques : O et N-glycosyl-protéines - OH Ser/Thr GalNAc, NaNa - NH Asn/séquence consensus GlcNAc/pentasaccharide de base trois grands types disoglycanes ramifiés et antennés

24 4-LIPOPROTÉINES formes circulantes (plasmatiques) micellaires des lipides : apolipoprotéines 5-PROTÉINES MEMBRANAIRES -protéines périphériques -protéines intégrées : 1 TM, 4 TM (canaux ioniques), 7 TM (bactériorhodopsine) ; hélice et hydrophobie (diagramme dhydrophobie) ; ancrages lipidiques (glypiation, isoprénylation…) -propriétés biologiques -déglycosylations chimiques et enzymatiques

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26 VII-QUELQUES GRANDES FAMILLES DE PROTÉINES GLOBULAIRES 1-ALBUMINES structure et fonction de transport et maintien de la pression oncotique 2-IMMUNOGLOBINES bases structurales des principales classes : relations structure/fonction 3-PROTÉINES LIANT LADN ( boucle, doigts à Zn, « leucine-zipper ») interactions protéines-ADN VIII-QUELQUES PROTÉINES FIBRILLAIRES 1-LES KÉRATINES (,, fibroïne) 2-PROTÉINES CONTRACTILES (actine/myosine, tubuline du cytosquelette) 3-LES COLLAGÈNES

27 IX-MÉTHODES DÉTUDES DES PROTÉINES ET DE LEUR STRUCTURE 1-PURIFICATION (extraction, fractionnement, chromatographies et électrophorèses préparatives) 2-ÉTUDE DES PROPRIÉTÉS PHYSICO-CHIMIQUES -composition (en AA, en groupements prosthétiques) et séquençage -détermination de la taille et de la masse moléculaire

28 3-MÉTHODES DE DÉTERMINATION 3D -spectrométries : directe et UV/visible, dichroïsme circulaire (taux dhélicité), en fluorescence -radiocristallographie et RMN-2D 4-MÉTHODES DE PRÉDICTION 5-INTERACTIONS PROTÉINE-LIGAND (analyse de Scatchard, coopérativité moléculaire)

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