Plan du cours 1. Introduction 2. L’eau 3. Les acides aminés, les peptides et les protéines 4. La structure tridimensionnelle des protéines 5. Exploration des protéines 6. La fonction des protéines 7. Les enzymes 8. Les glucides 9. Les nucléotides et les acides nucléiques 10. Les technologies de l’ADN 11. Les lipides 12. Les membranes biologiques et le transport 13. La signalisation cellulaire 14. Cancer et apoptose

4. La structure tridimensionnelle des protéines 4-1

Introduction 4.2. Structure secondaire des protéines 4.3. Structures tertiaire et quaternaire des protéines 4.4. Repliement protéique (folding) 4.5. Modifications des protéines néo-synthétisées 4.6. Dégradation des protéines

Introduction Liens covalentsLiens non covalents Rappel Protéine dans n’importe quelle conformation fonctionnelle (voir dia 1.10) = protéine native

Les liens peptidiques sont rigides et plans Lien C-N : 1,49 ÅLien C=N : 1,27 Å Lien peptidique : 1,32 Å (diffraction rayon X) Or, Résonance - - Configuration trans (voir dias 1.5 et 1.6)

4-5 Plans rigides

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Structure secondaire des protéines Structures récurrentes au sein des protéines Pauling et Corey (1951): hélice α et feuillet β Plus tard: tournant β

L’hélice α Protrusion des groupements R 3,6 acides aminés/ tour

4-9 Toutes les hélice α sont droites

Le feuillet β Les chaînes polypeptidiques β (conformation en zigzag) forment des feuillets β Protrusion des groupements R (sens opposés) Liens hydrogène droits (chaînes antiparallèle) ou obliques (chaînes parallèles) Voir dia 2.15

4-11

Introduction 4.2. Structure secondaire des protéines 4.3. Structures tertiaire et quaternaire des protéines 4.4. Repliement protéique (folding) 4.5. Modifications des protéines néo-synthétisées 4.6. Dégradation des protéines

Structures tertiaire et quaternaire des protéines Protéines: Fibreuses (support, forme, protection,…) Globulaires (régulation, transport, catalyse, défense,…)

Protéines fibreuses Confèrent solidité et flexibilité aux structures dans lesquelles elles se trouvent Souvent simples répétitions de structures secondaires (hélices) Riches en acides aminés hydrophobes insolubles dans l’eau Exemple 1: la kératine α (cheveux, poils, ongles, sabots, cornes, peau,…) superenroulement Les acides aminés hydrophobes se font face Ponts disulfure entre les chaînes superenroulées (15% de cystéines dans les cornes)

4-15 Exemple 2: l’élastine (tissu conjonctif de la peau, des artères, des poumons,…)

4-16 Exemple 3: le collagène (tissu conjonctif de la peau, des tendons, des os, du cartilage, de la cornée,…) Hélice gauche à 3 aa (pas hélice α!) 3 hélices superenroulées Répétition d’un tripeptide: Gly-X-Y X: souvent Pro Y: souvent 4-hydroxyproline (voir dia 3.28) X et Y: parfois His, Lys et 5-hydroxylysine (voir dia 3.28)

4-17 Fibrilles de collagène Liens covalents particuliers entre les chaînes polypeptidiques et entre les molécules de collagène (pas de ponts disulfure). Le nombre de ces liens augmente avec l’âge (augmentation de rigidité)

4-18 Pathologie du collagène Scorbut (carence en vitamine C) Vit C nécessaire pour la production de 4-HyPro à partir de Pro Si carence, pas de production de 4-HyPro Gly-Pro-Pro plutôt que Gly-Pro-4-HyPro Fragilité du collagène Fragilité des vaisseaux sanguins Saignements, hémorragies Mort Encore un problème actuellement! (fruits)

4-19 Syndrome de Ehlers-Danlos Substitution d’un seul résidu Gly par un résidu Cys ou Ser Élasticité augmentée du collagène Médecine vétérinaire (maladies similaires) Bovins et moutons: dermatosparaxie (blanc bleu belge) Chevaux: dysplasie du collagène Chats: Asthénie cutanée « Winged Cats » (« chats ailés »)

Protéines globulaires Régulation, transport, catalyse, défense,… Structure complexe Exemple 1: la myoglobine (muscles) Hélices α Boucle Groupement prosthétique (hème)

4-21

4-22 Exemple 2: aquaporine (membrane plasmique) (voir dias 2.20 et 2.25) Structure « inside out »

4-23 Exemple 3: L’hémoglobine (globules rouges) Structure quaternaire Tétramère (voir dias 3.45 et 3.46)

4-24 Exemple 4: Capside (enveloppe) virale Structure quaternaire

Introduction 4.2. Structure secondaire des protéines 4.3. Structures tertiaire et quaternaire des protéines 4.4. Repliement protéique (folding) 4.5. Modifications des protéines néo-synthétisées 4.6. Dégradation des protéines

Repliement protéique (folding) Traduction Protéine adopte spontanément la conformation: -contenant un nombre maximum de liaisons faibles -la plus stable d’un point de vue thermodynamique (aa hydrophobes enfouis!) Beaucoup de conformations possibles

4-27 Repliement protéique facilité par: -des chaperons moléculaires, ex. HSP70 (heat shock protein 70, protéine de choc thermique 70) -des chaperonines, ex. GroEL et GroES

4-28 Pathologie du repliement protéique Mucoviscidose Délétion de la Phe508 dans la protéine transmembranaire CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) Repliement incorrect et non incorporation du CFTR muté dans la membrane Cl - CFTR normal, fonctionnel

4-29 Cl - (+ Na + + Eau) tapis muco-ciliaire fonctionnel CFTR fonctionnel Conditions physiologiques (CFTR normal, non muté) Tapis muco- ciliaire Cellules épithéliales bronchiques Mucoviscidose (CFTR muté) Pas de CFTR fonctionnel dans la membrane Pas de transport de cl- Mucus épais et tapis muco-ciliaire non fonctionnel Débris non évacués et infections

4-30 Maladies à prions (proteinaceous infectious only) = encéphalopathies spongiformes Stanley Prusiner 1997 Nobel Laureate Maladie de Creutzfeldt-Jacob Kuru Maladie de la vache folle Tremblante du mouton (scrapie)

4-31 mutation (sc = scrapie) PrPsc a la faculté de convertir PrP en PrPsc (effet domino) Héréditaire ou acquis (alimentation, ex. épisode vache folle en 1996)

Introduction 4.2. Structure secondaire des protéines 4.3. Structures tertiaire et quaternaire des protéines 4.4. Repliement protéique (folding) 4.5. Modifications des protéines néo-synthétisées 4.6. Dégradation des protéines

Modifications des protéines néo-synthétisées 1.Modifications d’acides aminés incorporés dans les protéines (voir dia 3.28) (ex. collagène) 2. Acétylation de l’extrémité N-terminale de la protéine (80% des protéines, augmentation de la demi-vie) 3. Ajout d’hydrates de carbone (glycosylation, glycoprotéines) (protéines membranaires, protéines secrétées)

Introduction 4.2. Structure secondaire des protéines 4.3. Structures tertiaire et quaternaire des protéines 4.4. Repliement protéique (folding) 4.5. Modifications des protéines néo-synthétisées 4.6. Dégradation des protéines

Dégradation des protéines = Le protéasome dégrade: 1.Les protéines mal repliées (ex. CFTR muté, mucoviscidose) (incompétent pour les prions!) 2. Protéines bien repliées dont la cellules n’a plus besoin (régulation)

4-36 Mécanisme: 1.Ajout de plusieurs molécules d’ubiquitine (polypeptide de 76 aa) sur une Lys ou une Ser de la protéine (marquage par ubiquitination) 2. Reconnaissance et dégradation par le protéasome

4-37 Pathologie de la dégradation protéique Exemple 1: maladies à prions incompétence des systèmes de dégradation Exemple 2: maladie d’Alzheimer Amyloid Precursor Protein (APP) (dans toutes les cellules) Lors de la protéolyse, certains fragments polypeptidiques (protéine β amyloïde) passent d’une conformation en hélice α à une conformation en feuillet β Les feuillets β s’accumulent, s’aggrègent (polymérisation) et forment des plaques stables dans le cerveau