Protéines: Structure secondaire Hélice alpha CHMI 2227F Biochimie I Protéines: Structure secondaire Hélice alpha 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 sont: l’hélice alpha et le feuillet bêta http://www.fiu.edu/~bch3033/Handouts/Lh4Ch04Prot.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Hélice Alpha L’hélice α a été proposé en 1950 par Linus Pauling et Robert Corey; Ils ont considéré les dimensions des groupes peptidiques, les contraintes stériques possibles ainsi que la possibilité de stabilisation par formation de liaisons hydrogène; Leur modèle explique très bien la structure observée dans la protéine fibreuse appelée α-kératine; CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Hélices de pas droit et gauche Une hélice α pourrait être aussi bien droite que gauche, mais, construite avec des acides aminés L, la conformation gauche est déstabilisée par une interférence stérique; Alors, les hélices α présentes dans les structures protéiques sont presque toujours droites http://www.fiu.edu/~bch3033/Handouts/Lh4Ch04Prot.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure Hélice Alpha La chaîne polypeptidique s’enroule sur elle-même, formant une hélice droite d’un pas de 0.56nm (pas = allongement par tour), un incrément de 0.15nm par résidu d’acide aminé avec 3.6 résidus par tour http://www.ccrc.uga.edu/~dmohnen/bcmb3100/lecturenoteschap4-06-4slides.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Importance de la polarité de la liaison peptidique pour former des liaisons H dans la structure de l’helice α À Noter: La liaison peptidique est polaire! L’oxygène carbonyle porte une fraction de charge négative et peut servir comme accepteur d’H dans une liaison H L’azote amide a une fraction de charge positive et le groupe NH peut servir comme donneur d’H dans une liaison H CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Les liaisons hydrogène de l’hélice alpha Chaque oxygène carbonyle (résidu n) de la chaîne polypeptidique sera impliqué dans un pont H avec l’atome d’H de l’azote de la chaîne polypeptidique situé 4 acides aminés vers le C-terminal (résidu n + 4); Ces liaisons d’H semblent “barrées” la rotation autour des liaisons N-Cα et Cα-C ce qui restreint les angles Φ et Ψ à un écart très étroit CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Les liaisons hydrogène de l’hélice alpha Une vue de côté de l’hélice alpha qui montre les liaisons H (lignes pointillées) entre les groupes NH et CO Molecular Biology of the Cell, 4th Edition CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Angles Psi et Phi pour l’hélice alpha Les angles Φ et Ψ de chacun des résidus dans l’hélice α sont similaires. Les angles se retrouvent aux valeurs Φ -57° et Ψ -47° dans le graphe de Ramachandran; Les valeurs similaires des angles phi et psi donnent l’hélice α sa structure régulière et répétitive CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Liaison H intérieures à l’hélice Les liaisons H entre les résidus d’acide aminés sont très stables particulièrement dans les régions hydrophobes du coeur des protéines où aucune molécule d’eau n’entre en compétition avec les liaisons hydrogène; Dans une hélice α, tout les groupes carbonyles pointent vers le C-terminal. Puisque chaque groupes peptidiques sont polaires et que tout les liaisons H pointent dans la même direction, l’hélice entière est un dipôle ayant un N-terminal positif et un C-terminal negatif CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Conformation helice alpha Les chaînes latérales R sont projetées vers l’extérieur de l’hélice http://www.ccrc.uga.edu/~dmohnen/bcmb3100/lecturenoteschap4-06-4slides.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Stabilité de l’hélice alpha La stabilité de l’hélice α est affectée par l’identité des chaînes latérales: Répulsion électrostatique entre les acides aminés éloigné de 4 résidus possédant des groupes R de même charge (déstabilise) Encombrement stérique entre les groupes R adjacents (déstabilise) Exemple: acides aminés aromatiques Interactions (électrostatique ou hydrophobes) entre les groupes R espacés de 3 à 4 acides aminés (stabilise) Exemple: acide aminé chargé positivement situé 3 à 4 acide aminé d’un acide aminé chargé négativement Présence d’un résidu proline: ceci déstabilise l’hélice α car la rotation N-Cα est impossible Présence de glycine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Résidus d’acides aminés qui forment l’hélice alpha Quelques acides aminés sont retrouvés plus souvent dans l’hélice α puisqu’ils stabilisent la structure hélicoïdale: Ala: petit groupe R non chargé s’adapte très bien dans la conformation de l’hélice Tyr/Asn: Groupes R encombrants alors ils sont moins commun Gly: Groupe R est un atome d’H et déstabilise la structure puisque la rotation autour du Cα est libre Pour cette raison, plusieurs hélices débute ou termine avec Gly Pro: résidu le moins commun dans l’hélice α parce que sa chaîne latérale est cyclique et rigide ce qui interrompre la structure en occupant l’espace dont le résidu adjacent aurait autrement occupé CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

L’hélice alpha peut être amphipathique Plusieurs hélices α ont des acides aminés hydrophiles sur un côté du cylindre et des acides aminés hydrophobes sur la face opposée (amphipathique); Ce phénomène est plus évident lorsqu’on regarde la séquence d’acides aminés dessinée sous forme de spirale qui s’appelle une roue hélicale (helical wheel) http://web.chemistry.gatech.edu/~williams/bCourse_Information/6521/protein/secondary_structure/alpha_helix/down/wheel.gif CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Hélices amphipathique sur la surface des protéines Des hélices amphipathiques sont souvent localisés à la surface des protéines ayant les chaînes latérales hydrophiles qui pointent vers le solvant et les chaînes latérales hydrophobes qui pointent vers l’intérieur hydrophobe; Dans cette image, les résidus hydrophobes sont en bleu (vers l’intérieur) et les résidus hydrophiles sont en rouge (vers l’extérieur) http://www.ccrc.uga.edu/~dmohnen/bcmb3100/lecturenoteschap4-06-4slides.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Double hélice “coiled coil” Deux hélices α amphipathiques peuvent interagir pour produire une structure double hélice ou “coiled-coil” où deux hélices s’entrelaçent avec leurs régions hydrophobes qui se touchent et leurs régions hydrophiles exposés au solvant; Molecular Biology of the Cell, 4th Edition CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure double hélice “Coiled Coil”: Exemple Une structure commune chez les protéines liant l’ADN (“DNA-binding protein”) est le “leucine zipper”; Deux hélices interagissent avec leurs régions hydrophobes http://www.ccrc.uga.edu/~dmohnen/bcmb3100/lecturenoteschap4-06-4slides.pdf CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Structure double hélice: kératine alpha Kératine α est une protéine retrouvé dans les ongles et les cheveux; Deux molécules de kératine α s’entrelacent pour former une double hélice. Ces deux hélices sont maintenues ensemble via des ponts disulfures: ce type de structure qui ressemble à celle d’une corde, augmente considérablement la résistance de ces molécules; Les doubles hélices vont se pairer à d’autres doubles hélices formant d’abord des protofilaments, puis des protofibrilles. Quatre protofibrilles s’associent alors pour former un filament de kératine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. http://www.fiu.edu/~bch3033/Handouts/Lh4Ch04Prot.pdf