Titre Les protéines

plan 1.5 suite 1. Structure des protéines. * Principe. L’hémoglobine. 1.5. Structure quaternaire. Changement de conformation * 1.5.1. Organisation. * Fixation O2 * Fixation DPG 1.5.2. Protéines fibreuses. * Pyruvate déhydrogénase. * Collagène. * Kératine. 1.5.3. Cytosquelette. 1.5.4. Complexes transitoires. * Actine. Les seconds messagers * Tubuline. * La contraction musculaire.

plan 1.6 1. Structure des protéines. 1.1. Propriétés des acides aminés. * 1.1.1. Représentation et isomérie. * 1.1.2. Polarité des chaînes latérales. * 1.1.3. pHi. 1.2. Structure primaire. 1.5. Structure quaternaire. * 1.2.1. Liaison peptidique. * 1.5.1. Organisation. * 1.2.2. Séquence. * 1.5.2. Protéine fibreuse. 1.3. Structure secondaire. * 1.5.3. cytosquelette. * 1.3.1. Liaisons de faible énergie. * 1.3.2. Structures. * 1.6. Protéomique. 1.4. Structure tertiaire. * 1.4.1. Organisation. * 1.4.2. Méthode d’étude. * 1.4.3. Protéine globulaire. * 1.4.4. Protéine membranaire. * 1.4.5. Protéine fibreuse. * 1.4.6. Pliage et dénaturation.

1.5.1 struct quat 1.5. Structure quaternaire. Structure tertiaire Beaucoup de protéines sont composées d’une seule chaîne polypeptidique. Beaucoup d’autres sont formées de plusieurs chaînes, des sous unités. 1.5.1. Organisation. 1.5.1 struct quat Homodimère: Protéine composée de sous-unités identiques. Liaisons entre les sous-unités: ponts disulfures liaisons non covalentes interactions hydrophobes Hétérodimère: Protéine composée de sous-unités différentes. Structure tertiaire (monomère) Une protéine, même composées de plusieurs sous-unités (par exemple l’hémoglobine) est considérée comme une protéine simple dotée d’une fonction unique. Structure quaternaire (sous-unité) Retour plan

L’hémoglobine est l’exemple type de molécule soluble multimérique. 1.5. Structure quaternaire. L’hémoglobine est l’exemple type de molécule soluble multimérique. 1.5.1. Organisation. 1.5.1 struct quat Contrairement aux cytochromes, l’hème est fixé de façon non covalente aux globines. a2 a1 Zone de contact a1b1 Zone de contact a2b1 b2 Une protéine, même composées de plusieurs sous-unités (par exemple l’hémoglobine) est considérée comme une protéine simple dotée d’une fonction unique. Les zones de contact permettent la rotation (15°) des 2 paires ab l’une par rapport à l’autre et ainsi le changement de conformation de la protéine au cours de la fixation d’O2. b1 Retour plan

C’est le moteur du changement de conformation. 1.5. Structure quaternaire. 1.5.1. Organisation. 1.5.1 struct quat Contrairement aux cytochromes, l’hème est fixé de façon non covalente aux globines. C’est le moteur du changement de conformation. Retour plan L’atome de fer (sous forme ferreuse) est fixé de façon covalente à l’His F8 et est stabilisé par l’His E7.

On en reparlera plus tard avec les enzymes allostériques! 1.5. Structure quaternaire. Retour plan 1.5.1. Organisation. 1.5.1 struct quat Le DPG (2,3 diphosphoglycérate, dérivé du 1,3 DPG formé au cours de la glycolyse) se fixe dans la « cheminée » centrale de la protéine et se fixe à 3 groupes chargés de chaque chaîne b. DPG His 2 On en reparlera plus tard avec les enzymes allostériques! La présence du DPG modifie la conformation de l’hémoglobine et diminue son affinité pour O2. His 183 Lys 82

1.5.1 struct quat 1.5. Structure quaternaire. 1.5.1. Organisation. Il existe de nombreux exemples de protéines différentes, chacune douée de leur propre fonction, qui sont associées physiquement. On parle de complexe multiprotéique. La pyruvate déshydrogénase est formée de 60 chaînes polypeptidiques différentes qui correspondent à trois types d’enzymes différentes. pyruvate acétylCoA 8 trimères de transacétylase Une protéine, même composée de plusieurs sous-unités (par exemple l’hémoglobine) est considérée comme une protéine simple dotée d’une fonction unique. 12 déhydrogénases 24 pyruvate décarboxylases Retour plan

1.5.2 prot fib 1.5. Structure quaternaire. Les protéines fibreuses possèdent une conformation et une séquence monotone. 1.5.2. Les protéines fibreuses. 1.5.2 prot fib Le collagène est uniquement présent dans les matrices extracellulaires. C’est la protéine la plus représentée dans l’organisme. Elle représente 25% des protéines. Collagène. Les fibres de collagènes sont caractérisées par leur grande résistance aux forces de traction. Une fibre d’un millimètre de diamètre peut soutenir un poids de 10 kg. Elles sont principalement produites par les fibroblastes. Il existe 27 type de collagène (I à XXVII). Seul le type IV n’est pas fibreux et forme des réseaux ramifiés. 0,5 µm

Présence de 2 AA modifiés: 1.5. Structure quaternaire. Le collagène est constitué d’un ensemble d’unités de base, le tropocollagène. 1.5.2. Les protéines fibreuses. 1.5.2 prot fib Il est formé de trois chaînes polypeptidiques de composition voisine (mais pas identique, d’où les 27 types). Collagène. La petite taille de la glycine lui permet de se glisser dans l’espace entre les chaînes. 30% de Gly Présence de 2 AA modifiés: Hydroxyproline Hydroxylysine. La structure de la proline permet de « casser » la chaîne pour lui donner la courbure nécessaire. Séquence répétitive: (Gly – Pro – Hyp)n 0,5 µm

...et des bases de Schiff avec des hydroylysines. 1.5. Structure quaternaire. Les chaînes de tropocollagène s’assemblent pour former les fibres de collagène. 1.5.2. Les protéines fibreuses. 1.5.2 prot fib 3 nm 300 nm 67 nm Les brins de collagènes sont liés entre eux par des connexions inter-chaînes dues aux Lys qui forment entre elles des connexions aldoliques... Remarque: Les hydroxylysines sont responsables de la fixation d’un diholoside de glucose et galactose. Une base de Schiff est une liaison formée entre un oxygène d’un alcool ou d’une cétone et l’azote d’une amine. R – N – C - R ...et des bases de Schiff avec des hydroylysines. Retour plan

1.5.2 prot fib 1.5. Structure quaternaire. La kératine est formée de trois hélices a torsadée qui forment un filament intermédiaire de 8 nm de diamètre. 1.5.2. Les protéines fibreuses. 1.5.2 prot fib Retour plan

1.5.3 micro fil 1.5. Structure quaternaire. Tous les filaments ne sont pas des protéines fibreuses. 1.5.3. Les filaments du cytosquelette. 1.5.3 micro fil Les microfilaments sont constitués d’actine, une protéine globulaire. actine F actine G Retour plan

Les microtubules sont constitués de dimères ab de tubuline globulaire. Retour plan 1.5. Structure quaternaire. 1.5.3. Les filaments du cytosquelette. 1.5.3 micro tub Les microtubules sont constitués de dimères ab de tubuline globulaire. 5 nm D = 25 nm 8 n m 13 sous-unités.

* Structure du sarcomère * 1.5.3 contract Les fibres musculaires sont constituées d’unités fonctionnelles en série, les sarcomères. * La contraction musculaire.

* Structure du sarcomère * Les sarcomères sont organisés en bandes. * La contraction musculaire. * Structure du sarcomère * 1.5.3 contract Les sarcomères sont formées de fibres protéiques: les filaments fin (actine) et les filaments épais (myosine) bande I zone H Les sarcomères sont organisés en bandes. bande A

* Structure des filaments protéiques* Il y a quelque chose de plus. * La contraction musculaire. * Structure des filaments protéiques* 1.5.3 contract Myosine Actine L’actine, on l’a déjà vu ! Des canes ensemble, ça s’appelle un club? Il ressemble plutôt à un coton tige ! Il y a quelque chose de plus. De longs filaments en cane de golfe. Articulés à une extrémité (pour la contraction).

1.5.3 contract * La contraction musculaire. * Structure des filaments protéiques* 1.5.3 contract Actine Il se positionne grâce à un complexe troponine. TnI TnC TnT On verra que ce complexe intervient dans la régulation de la contraction. Un filament de tropomyosine se fixe dans le sillon de l’actine.

1.5.3 contract * La contraction musculaire. * Mécanisme de contraction* 1.5.3 contract Relâchement Contraction La taille de la bande A n’est pas modifiée. Comment l’expliquer ? Les filaments coulissent les uns par rapport aux autres. La zone H et la bande I diminuent.

1.5.3 contract * La contraction musculaire. * Mécanisme de contraction* 1.5.3 contract Les têtes de myosine se fixent sur les filaments d’actine situées tout autour. Les têtes se plient et « tirent » le filament.

1.5.3 contract * La contraction musculaire. * Mesure de tension* Une contraction musculaire est la composée de deux situations extrêmes: Une contraction auxométrique est la combinaison des deux repos contraction repos contraction Une contraction isométrique Une contraction isotonique On fixe la longueur du muscle et on mesure la tension musculaire correspondante. On fixe une charge à l’extrémité du muscle et on mesure le raccourcissement produit.

1.5.3 contract * La contraction musculaire. * Mesure de tension* peu de recouvrement peu de force recouvrement max force max chevauchement / encombrement force min Une contraction isométrique La tension varie avec la longueur du sarcomère.

1.5.3 contract * La contraction musculaire. * Contrôle de la contraction* 1.5.3 contract 2 facteurs contrôlent la contraction: Il régule, par changement de conformation, la fixation des têtes de myosine sur l’actine ATP Il contrôle l’accessibilité des sites de fixation par déplacement de la tropomyosine par l’intermédiaire de la troponine. Ca2+

1.5.3 contract * La contraction musculaire. * Contrôle de la contraction* 1.5.3 contract On place le décors: Le filament d’actine La tropomyosine... ... complexée à la troponine Je ne fais figurer qu’une seule « cane » pour des raisons de clarté. La myosine

1.5.3 contract * La contraction musculaire. * Contrôle de la contraction* 1.5.3 contract La séquence d’évènement: Au cours du relâchement, la tête de myosine fixe de l’ATP Entrée du Ca2+ Il se fixe sur la sous-unité C de la troponine. Le changement de conformation induit un déplacement du complexe. La tête hydrolyse l’ATP La tropomyosine suit comme un petit chien. La tête de myosine fixe un nouvel ATP La tête se fixe sur l’actine et le « cou » se tord, provoquant la transtation de la myosine. Ca2+ ATP ATP La tête se libère, prête à un nouveau cycle... ou pas ! ATP ATP ADP Sous cette conformation, le complexe tête/ATP ne se fixe pas à l’actine. Voyez le décalage.

1.5.3 contract * La contraction musculaire. * La calcium dans la cellule* 1.5.3 contract Deux organites sont particulièrement impliqués dans le contrôle de la concentration calcique dans la cellule. Ils permettent le passage du Ca2+ stocké dans le RS réticulum sarcoplasmique Ils permettent l’entrée du Ca2+ extracellulaire Tubules T sarcolemme triade mitochondries Le transport est assuré par : des canaux voltage dépendants (sarcolemme) des canaux dépendants de ? (RS) des pompes Ca-ATPases (sarcolemme et RS) La triade est une région particulière où tubules T, RS et filaments protéiques sont très proches.

* La calcium dans la cellule* * La contraction musculaire. Retour plan * La calcium dans la cellule* 1.5.3 contract L’entrée du calcium est commandé par un signal nerveux: l’arrivée du potentiel d’action. repos PA contraction

ligand (hormone, neuromédiateur,...) AMPc ligand (hormone, neuromédiateur,...) 1.5.4 AMPc Adényl cyclase Récepteur R AC G AMPc ATP GDP GTP Protéine G changement de conformation changement de conformation changement de conformation

1.6 protéome * 1.6. Protéomique. L ’inventaire complet des protéines produites par un organisme est son protéome. Ce terme s’applique également aux tissus, cellules ou organites. La protéomique est l’utilisation des technologies pour étudier (purifier et analyser) les protéines. Electrophorèse. Spectrométrie de masse. Puces de protéines. La protéine isolée est digérée par la trypsine. les fragments sont placé dans un spectromètre de masse où ils sont ionisés et séparés en fonction du rapport masse / charge (m/z). La comparaison de ces rapports avec des résultats théoriques (tenant compte de plusieurs milliers de séquences) permet d’identifier ces fragments Mutagénèse ponctuelle dirigée. 5 800 protéines sont alignées sur une lame. On plonge la lame dans un réactif (par exemple une solution de calmoduline et de Ca2+). Les protéines qui les fixent deviennent fluorescentes. * 1.6. Protéomique. Etudes virtuelles. Connaître la structure tri dimensionnelle d’une protéine permet de prévoir ses interactions avec d’autres molécules (ligand, récepteurs, médicaments,...). + calmoduline + Ca2+