CHMI 2227 F Biochimie I Protéines: Niveaux d’organisation des protéines Conformation du groupe peptidique CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Niveaux d’organisation des protéines Quatre niveaux d’organisation caractérisent la structure des protéines Structure primaire Structure secondaire Structure tertiaire Structure quaternaire http://macromolecules.ucsf.edu/Lectures/Tanja%20Macromol_forces%202006.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure primaire Correspond à la séquence d’acide aminés formant la chaine polypeptidique ; La structure primaire est une description complète de toutes les liaisons covalentes dans une chaîne polypeptidique ou de la protéine; Pour certaines protéines, la chaîne polypeptidique est liée par des ponts disulfures; Par contre, aucune indication n’est donnée quant à la position des acides aminés dans l’espace http://www.fiu.edu/~bch3033/Handouts/Lh4Ch04Prot.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure secondaire Réfère à la structure spatiale adoptée par des acides aminés adjacents sur une portion seulement de la protéine; Les liaisons hydrogène jouent un rôle important pour stabiliser les conformations de structures secondaires; Les deux types principaux de structure secondaire sont: l’hélice alpha et le feuillet bêta; http://www.fiu.edu/~bch3033/Handouts/Lh4Ch04Prot.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure tertiaire Correspond a l’arrangement spatial de l’ensemble de la protéine; Formée de l’ensemble des structures secondaires adoptée par les différentes régions de la protéine; Formée par une chaine polypeptidique seulement; http://www.fiu.edu/~bch3033/Handouts/Lh4Ch04Prot.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire Caractérisée par l’association de plusieurs chaînes polypeptidiques (identiques ou différentes), formant une protéine particulière (example: hémoglobine); La majorité des protéines ayant une masse moléculaire plus élevée que 50 000 Da consistent de 2 monomères ou plus liés de façon non-covalente; http://www.fiu.edu/~bch3033/Handouts/Lh4Ch04Prot.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Protéines La formation des différents niveaux supérieurs (2°, 3° and 4°) d’organisation se fait de manière précise; Une protéine adopte généralement une seule structure tertiaire parmi les très nombreuses conformations possibles: c’est ce qu’on appelle la conformation native de la protéine; Pour maintenir la conformation native, plusieurs forces faibles non-covalentes sont requises. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Quelles forces déterminent la structure? Structure primaire: Liaisons covalentes; Structure secondaire: Les liaisons d’hydrogène des groupes peptidiques prédominent; Structure tertiaire et quaternaire: Liaisons hydrogène des groupes R Interactions ioniques Interactions van der Waals Interactions hydrophobiques. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure secondaire des protéines L’élucidation des principales structures secondaires des protéines ne fut que possible suite à la compréhension de la structure de la liaison peptidique; http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/protstructure/olunderstandconfo.html La liaison peptidique est planaire! CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Conformation du groupe peptidique Si la liaison peptidique est planaire, alors, les deux atomes impliqués dans la liaison peptidique ainsi que les quatre substituants (l’oxygene carbonyle, l’hydrogene amide, et les deux carbones α adjacents) qui forment le groupe peptidique sont co-planaires Groupe peptidique CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

La liaison peptidique possède des structures de résonance! Liaison peptidique est dessinée ayant une liaison C-N simple Liaison peptidique est dessinée avec une liaison C=N double La structure réelle est mieux représentée par un hybride des 2 structures de résonance. L’oxygène et le carbone du groupe carbonyle ainsi que l’azote amide se partagent les électrons. Le caractère partiellement double de la liaison peptidique empêche la rotation autour de la liaison C-N Note: Le groupe peptidique est polaire car l’oxygène carbonyle porte une fraction de charge négative et l’azote amide une fraction de charge positive CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Configuration du groupe peptidique Puisque la liaison peptidique a un caractère double partiel, la configuration du groupe peptidique est limitée à une des deux configuration possibles, soit la configurationTrans ou Cis Figure 3.25 Biochemistry 2001, Fifth Edition CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Configuration Cis du groupe peptidique Les carbones α sont situés sur le même flanc de la liaison peptidique et sont plus proches l’un de l’autre; L’interférence stérique entre les chaines latérales portées par ces deux carbones α défavorise la configuration cis par rapport a la configuration trans, étirée. O H C N Cα Cα R1 R2 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

ConfigurationTrans du groupe peptidique Les carbones α de deux résidus d’acide aminé successifs encadrent la liaison peptidique et occupent les coins opposés du rectangle contenant le plan du groupe peptidique Ainsi, presque tous les groupes peptidiques des protéines sont dans la configuration trans R1 H C Cα Cα N O R2 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Exceptions à la règle! Configuration Cis existe La configuration cis la plus commune est un lien X-Pro 10% des résidus de proline dans une protéine se trouvent en configuration cis Les liaisons impliquant l’azote imine de la proline dans la configuration cis n’entraîne qu’à peine plus d’interférence stérique que la configuration trans Figure 3.26 Biochemistry 2001, Fifth Edition CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Angles Psi et Phi La rotation est limitée autour du lien peptidique à cause du caractère double partiel de la liaison Cependant, la rotation est permise autour des liaisons entre le groupe amino et le carbone α ainsi qu’entre le carbone α et le groupe carbonyle puisqu’ils s’agit de liaisons simples La rotation autour de la liaison N-Cα du groupe peptidique est désigné Φ (phi) et celle autour de la liaison Cα-C est désigné Ψ (psi) CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Angles Psi et Phi Ces angles sont définis par la position relative des quatre atomes de la chaîne principale; Les angles qui sont dans le sens horaire (clockwise) ont une valeur positive et les angles qui sont dans le sens antihoraire (counterclockwise) ont une valeur négative; Les angles de rotation se situe entre -180° et +180° Liaison peptidique CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Angles Psi et Phi Les deux groupes peptidiques rigides adjacents peuvent faire la rotation autour des liaisons N-Cα et Cα-C donnant lieu à plusieurs orientations; Ces rotations sont restreintes par l’interférence stérique ce qui limite les angles permissibles Interférence entre les atomes de la chaîne principale et les atomes de les chaînes latérales de résidus adjacents; Interférence entre les oxygènes carbonyles de résidus adjacents CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Animation de la rotation Phi http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/protstructure/olunderstandconfo.html CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Animation de la rotation Psi CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/protstructure/olunderstandconfo.html

Graphe de Ramachandran Le biophysicien G. N. Ramachandran a construit un modèle de peptides et a fait des calculs pour déterminer quelles valeurs de Φ et Ψ sont stériquement permises dans une chaîne polypeptidique; Les angles permissibles sont les régions colorés dans le graphique Ramachandran Φ vs Ψ CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Graphe de Ramachandran Les conformations de plusieurs types de structures secondaires sont situées dans les régions colorés du graphique Les régions non colorés sont des angles qui ne sont pas permissibles dû aux interférences stériques CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. Figure 3.28 Biochemistry 2001, Fifth Edition