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

Structure quaternaire CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire Porine: une protéine membranaire trimérique hydrophobe hydrophile La structure quaternaire implique par défaut plusieurs polypeptides: Oligomères Hétéromères Ces sous-unités interagissent les unes avec les autres via les forces d’interaction faibles usuelles (ponts H, Van der Waals, ioniques, hydrophobiques) et/ou des ponts disulfure; Pour les protéines aqueuses, l’interface de contact entre les sous unités implique souvent, mais pas toujours, des acides aminés hydrophobes. Pour les protéines membranaires, les acides aminés à l’interface de contact sont usuellement hydrophiles; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire Hémoglobine Faite de 4 sous-unités polypeptidiques: 2 copies d’une sous-unité a (ou HbA): en jaune et bleu; 2 copies d’une sous-unité b (ou HbB): rouge et rose Chaque sous-unité possède son propre groupe hème et peut lier l’ O2 Chaque sous-unité est très similaire, au niveau structural, à la myoglobine; À la fois l’hémoglobine et la myoglobine lient l’O2 ; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire Hémoglobine HbA vs myoglobine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire Liaison de l’oxygène 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 l’atome Fe2+; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire Liaison de l’oxygène par Hb et myoglobine L’O2 lie l’atome Fe2+ du groupe hémique, et est maintenu en place par His 64; La myoglobine et l’Hb liée à l’O2 est appelée oxymyoglobine/oxyHb; La myoglobine/Hb non-liée à l’O2 est appelée désoxymyoglobine/désoxyHb Bon, si Myo et Hb peuvent toutes deux lier O2, pourquoi Hb est-elle multimérique, alors que la Myo est monomérique? POURQUOI??? CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire Liaison de l’oxygène par Hb et myoglobine La liaison de l’O2 par la myoglobine suit un simple équilibre où la quantité de Myo liée à l’O2 (y) varie directement en fonction de la quantité d’O2 présente; Cependant, la liaison de l’ O2 par Hb est plus complexe: À une concentration faible d’ O2, peu de molécules de Hb sont liées, et ce même lorsque la concentration O2 est augmentée progressivement (partie A de la courbe Hb); Cependant, lorsqu’une certaine concentration d’ O2 est atteinte, Hb devient rapidement saturée O2 (partie B de la courbe Hb); A B CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire Liaison de l’oxygène par Hb et myoglobine À de fortes concentration d’ O2, les Myo et Hb sont toutes deux saturées, indiquant qu’il n’y a plus de sites de liaison de disponible. Fait à noter: L’affinité de la Myo et de l’Hb pour l’oxygène varie d’un 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 d’Hb. A B CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire La liaison d’O2 change la structure 3-D de l’Hb Sous la forme désoxy-Hb, le Fe2+ est lié à 5 autres groupes: His 93 et 4 groupes amine de l’hème; Quand une sous-unité de l’Hb lie O2, l’atome de Fe2+ bouge vers le plan du group hème, et ce faisant, tire sur His 93 et l’hélice-a; 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; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire La liaison d’O2 change la structure 3-D de l’Hb La conséquence de ce changement subtile de conformation est une augmentation de l’affinité des ces autres sous-unités pour l’O2; Ce phénomène, où une changement subtil dans la forme d’une 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; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/Hb-animation2.gif

Structure quaternaire L’Hb est une protéine allostérique Ce phénomène explique très bien le comportement de l’Hb en présence de l’ O2: À une pO2 faible, toutes les sous-unités Hb sont sous la form désoxy et possèdent une faible affinité pour O2: en d’autres mots, elles lient O2 très faiblement; À une pO2 plus élevée, une des 4 sous-unités lie O2, 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’ O2, vont rapidement lier O2 et être saturées. O2 O2 O2 Faible affinité Haute affinité Saturée CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure quaternaire Pourquoi Hb est allostérique, alors que Myo ne l’est pas? Si Hb se comportait comme Myo, la majorité des molécules d’Hb demeureraient liées à l’ O2 et ne libéreraient pas l’O2 dans les tissus; À l’inverse, une Myo qui se comporte comme Hb laisserait trop facilement aller l’O2, limitant dramatiquement l’habileté de nos muscles de travailler sous des conditions aérobiques; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

L’effet Bohr http://www.aw-bc.com/mathews/ch07/fi7p16.htm L’effet Bohr est l’observation que la liaison de l’O2 par l’hémoglobine diminue lorsque le pH devient plus acide; Cet effet explique pourquoi l’hémoglobine lie O2 dans les poumons et le libère dans les tissus; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Échanges gazeux Dans les tissus Érythrocytes Glucose + O2 ATP CO2 H2O Anhydrase carbonique H2CO3 HCO3- H+ Plasma (vers les poumons) Hb-4O2 Hb-H+ 4O2 H2O + Cl- CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Échanges gazeux Dans les poumons CO2 CO2 CO2 H2O Anhydrase carbonique H2CO3 Air Hb-4O2 H2O + Cl- HCO3- HCO3- H+ Hb-H+ 4O2 O2 O2 Plasma Érythrocytes Poumons CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.