CHMI 2227F Biochimie I Protéines: Structure secondaire Brins bêta et les feuillets bêta Pli bêta CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Brins bêta et feuillets bêta C’est le deuxième type prédominant de structure secondaire que peut adopter une chaîne polypeptidique; Dans la conformation β, le squelette polypeptidique (tout sauf les groupes R) est étiré prenant la forme d’un “zig-zag”; Brins β sont flexibles mais ils ne sont pas elastique; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Feuillets Bêta Dans de nombreuses protéines, les chaînes polypeptidiques peuvent former des conformations β qui se disposeront côte à côte, formant une structure en forme de feuillet; Les protéines contiennent rarement des brins β isolés puisque la structure par elle-même n’est pas plus stable que d’autre conformations; Les feuillets β sont stabilisés par des ponts d’H entre les oxygène carbonyle et les hydrogène amide sur des brins β adjacent CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Feuillets bêta stabilisés par des liaisons hydrogène Les liaisons d’H unissent soit, au minimum deux chaînes polypeptidiques adjacentes ou soit divers segments de la même chaîne; Les brins β dans les feuillets peuvent être soit parallèles (toutes dans le sens N-terminal vers C-terminal) ou antiparallèles (le sens de l’une est opposé à celui de ses voisines) N C N C N C C N CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Feuillet bêta antiparallèle Les liaisons hydrogènes sont presque perpendiculaires à l’axe des chaînes étirées; L’oxygène carbonyle et l’atome d’H amide d’un résidu forment des liaisons d’H avec l’oxygène carbonyle et l’atome d’H amide d’un résidu seulement de l’autre brins http://dbs.umt.edu/courses/fall2006/bioc380/lectures/011/lecture.html CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Feuillet bêta parallèle Dans l’arrangement parallèle, les liaisons d’H ne sont pas perpendiculaires à l’axe des chaînes étirées, et chaque résidu forme des liaisons H avec les groupes carbonyles et amide de deux différents résidus sur le brin adjacent http://dbs.umt.edu/courses/fall2006/bioc380/lectures/011/lecture.html CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Feuillets bêta composés Plusieurs brins, typiquement 4 ou 5 mais jusqu’à 10 brins ou plus peuvent s’associés pour former des feuillets. Ces feuillets peuvent être strictement parallèle, strictement antiparallèle ou composés CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Conformation des feuillets bêta Dans les feuillets β, les groupes R sont projetés en dehors du plan du feuillet, les groupes R adjacents étant projetés alternativement au-dessus et au-dessous du plan http://dbs.umt.edu/courses/fall2006/bioc380/lectures/011/lecture.html CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Feuillets Bêta Feuillets bêta: Soie Dans certaines protéines adoptant une conformation β, des petits groupes R d’acides aminés telles que Ala, Gly et Ser permettent l’empilement de plusieurs feuillets β les uns sur les autres; Cette conformation est responsable du caractère flexible et souple des filaments de soie Exemple: Fibroine de la soie CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Pli Bêta En plus de l’hélice α et du feuillet β, d’autres types de structures secondaires peuvent être adoptées par les protéines, mais sont souvent rencontrées à une fréquence plutôt faible. Dans une hélice α ou un feuillet β, des résidus consécutifs ont une conformation similaire qui est répétée tout au long de la structure; La majorité de ces régions de structures secondaires peuvent être caractérisé par des boucles (“loops”) et des plis (“turns”) puisqu’ils cause un changement de direction dans la chaîne principale; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Boucles “loops” et plis “turns” Les boucles et les plis permettent aux hélices α et aux feuillets β de se joindre et permettent aussi à la chaîne polypeptidique de se replier pour produire une forme 3D compacte que l’on observe chez les structures tertaires; Les boucles “loops” contiennent souvent des résidus hydrophiles et se trouvent à la surface des protéines où ils sont exposés au solvant et forment des liaisons H avec l’eau CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Pli Bêta Un type de structure secondaire dont sa fréquence est plus élevée est le pli β (“β bend/β turn”); Le pli β survient lorsqu’une chaîne polypeptidique change abruptement de direction (fait un “u” turn) et sont souvent rencontrés entre deux segments adjacents de feuillets β antiparallèle; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Pli Bêta Les pli β produisent un changement de direction de 180° Les pli β contiennent quatre acides aminés qui sont par la formation de ponts hydrogène entre l’oxygène carbonyle du premier résidu avec l’hydrogène amide du quatrième résidu; Gly et Pro font souvent parti du pli β Pro est impliquée dans un lien peptidique générant une conformation cis particulièrement susceptible à former un pli β Glycine possède un groupe R très petit réduisant les risques d’encombrement stériques et permettent ainsi une grande flexibilité dans la rotation autour des angles phi et psi; http://web.chemistry.gatech.edu/~williams/bCourse_Information/6521/protein/secondary_structure/beta_turn/down/beta_turn_1.jpg CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Cas spécial : le collagène Famille d’environ 20 protéines en forme de bâtonnets; Composante importante du tissu conjonctif (1/3 de toutes les protéines des mammifères); Classées en 5 types différents, distingués par leur contenu en acides aminés, la structure primaire, et leur contenu en sucres. Type I ossature, tendon, fibrocartilage, derme, cornée Type II nucleus pulposus, cartilage hyalin Type III Parois intestinale et utérine Type IV Membranes épithéliales et endothéliales Type V* cornée, placenta, ossature, coeur * En petites quantités seulement CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Cas spécial : le collagène Chaîne 1 Chaîne 2 Chaîne 3 Consiste en une triple hélice: 3 chaînes polypeptidiques (chacune étant d’orientation gauche ou antihoraire) qui sont enroulées les unes autour des autres pour former une superhélice droite (sens horaire); Pour chaque hélice gauche: Pas: 0.94 nm 0.31 nm par résidu 3 résidus par tour 1000 résidus par chaîne Donc: l’hélice gauche du collagène est plus étirée que l’hélice-a; (from Kadler, 1996) Triple helix CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Cas spécial : le collagène - Collagène de type V = 1839 a.a.!! CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Cas spécial : le collagène Hypro 5-Hylys Chaque polypeptide du collagène possède une composition en acide aminés très particulière: 1/3 Gly 1/4 Pro 1/4 Hypro (hydroxyproline) et 5-Hylys (hydroxylysine) La séquence de ces acides aminés est telle que Gly est toujours répétée à chaque 3 acides aminés. Mais pourquoi?? CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Cas spécial : le collagène 13 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Cas spécial : le collagène La présence de Gly à tous les 3 acides aminés fait en sorte que les chaînes de collagène peuvent former une hélice serrée qui peut accommoder Pro/Hypro (ces derniers ne sont pas rencontrés bien souvent dans les hélices); Comme l’hélice de collagène possède 3 acides aminés par tour, il s’en suit que la Gly est toujours positionnée du même côté de l’hélice; En fait, Gly est positionnée au centre de la triple hélice; Ceci permet l’accolement serré des trois hélices, qui interagiront et mènera à la formation d’une structure très résistante (e.g. corde). CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Stabilisation de la triple hélice par des ponts hydrogène Gly de la Chaîne 1 Pro de la chaîne 2 G Glycine Hypro Pro CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Formation des fibres de collagène Triple hélice de collagène (tropocollagène) Lysine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Formation des fibres de collagène Photographie de microscopie électronique d’une fibre de collagène CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Collagène, Vitamin C et scorbut La formation de l’Hypro requiert une modification enzymatique de la Pro dans une réaction impliquant: Prolyl hydroxylase (une enzyme) Fe+2 L’acide ascorbique, un dérivé de la Vit C et un antioxydant, permet au Fe+2 de demeurer sous sa forme réduite, et non la forme oxydée Fe+3 qui est plus stable. Les êtres humains ne peuvent pas fabrique la Vit C par eux mêmes; En absence de Vit C, la triple hélice de collagène ne peux pas s’assembler comme il faut, menant à un tissu conjonctif beaucoup plus fragile. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.