Peptides Structure et propriétés générales CHMI 2227F Biochimie I Peptides Structure et propriétés générales CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Peptides Les peptides sont des polymères d’acides aminés; Les blocs de bases d’acides aminés (résidus) sont liés les uns aux autres par un lien covalent appelé lien peptidique. 1 2 CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. Un dipeptide

Peptides Les polypeptides et protéines sont simplement des chaînes plus ou moins longues d’acides aminés liés ensemble par des liens peptidiques: Si moins de 20 résidus: oligopeptide; Si plus de 20 résidus mais de masse moléculaire (Mr) < 10,000 Da: polypeptides. Si Mr > 10 kDa: protein. Terminologie spéciale: Dipeptide (2 résidus) / Tripeptide (3 résidus) / Tétrapeptide (4 résidus) / Pentapeptide (5 résidus) / Ect, ect, ect. Note: 1 Da (dalton) = 1 g /mol. Petit truc: Mr d’un polypeptide/protéine ~ nombre d’acides aminés x 110 Da. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Peptides - polarité Chaque peptide possède une polarité: Une extrémité où le groupe NH2 (celui lié au Ca) ne fait pas partie d’une liaison peptidique: extrémité (ou bout) N-terminale; Une extrémité où le groupe COOH (celui lié au Ca) ne fait pas partie d’un lien peptidique: extrémité (ou bout) C-terminale; Par convention: le bout N-terminal est toujours placé à gauche, alors que le bout C-terminal est toujours à droite. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Peptides - nomenclature On utilise différentes façons pour écrire un polypeptide (trait d’union = lien peptidique) : Tyrosyl-glycyl-glycyl-phénylalanyl-leucine Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu Y-G-G-F-L YGGFL Notez que le peptide est toujours écrit avec le N-ter à gauche et le C-ter à droite (NH2COOH). CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Peptide: hydrolyse La composition (et NON PAS la séquence) en acide aminés d’un peptide est déterminée en hydrolysant tout d’abord le peptide: Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu  Gly2, Leu, Phe, Tyr Les acides aminés sont alors purifiés par chromatographie liquide à haute pression (HPLC). Leur détection se fait souvent par absorbance UV. Pour détecter les acides aminés qui n’absorbent pas l’UV (vous savez lesquel….), on doit d’abord dériver les acides aminés, c’est-à-dire leur coupler chimiquement une molécule qui, elle, absorbe l’UV. La quantification et l’identification des acides aminés se fera à l’aide de solutions standards d’acides aminés qu’on aura séparé avec le même système lors d’une expérience préliminaire. 6 M HCl CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Analyse des acides aminés Détection des acides aminés OH Ninhydrine Acide aminé 2 N C H R COO- NH3+ CO2 Pourpre!! R-HC=O Alors qu’on peut détecter Trp, Phe et Tyr grâce à leur A260-280nm, c’est impossible pour les autres acides aminés; La ninhydrine réagit avec le groupe amine des acides aminés, générant un produite de couleur pourpre (jaune dans le cas de Pro). La réaction à la ninhydrine permet alors de détecter et quantifier (A570nm) les acides aminés éluant des fractions lors de la chromatographie par échange d’ions. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Chromatographie liquide à haute pression (HPLC) PITC = phenylisothiocyanate PTC = phenylthiocarbamyl http://www.protein.iastate.edu/aaa.html CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Chromatographie liquide à haute pression (HPLC) La quantité relative de chaque acide aminé est donnée par l’aire sous la courbe. http://www.protein.iastate.edu/aaa_figure3.html CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Peptide - ionisation Chaque peptide peut exister sous différentes formes protonées, dépendant du pH et de sa composition en acides aminés: Les groupes amino et carboxy terminaux peuvent être protonés/ionisés exactement comme pour l’acide aminé libre; La chaîne latérale peut aussi être ionisée, si des groupes ionisables sont présents; Les groupes NH2 et COOH impliqués dans la liaison peptidique ne sont PAS ionisables. Ainsi, il existera pour chaque peptide/protéine une valeur de pH où le peptide/protéine ne possèdera pas de charge nette: ce pH sera le point isoélectrique du peptide/protéine en question. Exemple: ionisation du peptide GAVFD à pH 2, 6 et 12. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Exemples de peptides 1. Aspartame: sucre artificiel H3N+-CH-C-NH-CH-C-OCH3 COO- CH2 O Asp-Phe-methyl ester 2. Ocytocine: stimule les contractions utérines Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly-NH2 Résidu de glycinamide: 2HN-CH2-CONH2 S Pont disulfure CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Exemples de peptides 3.Insuline Pont disulfure intrachaîne Pont disulfure interchaîne CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Exemples de peptides 4.Cystic Fibrosis Transductance Regulator Chaîne polypeptidique de 1480 acides aminés; Responsable du transport des ions chlorure de part et d’autre de la membrane cellulaire; La mutation de F508 mène à une protéine non-fonctionnelle et à la fibrose kystique. Quelle est la Mr approximative de CFTR? CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Propriétés générales des protéines 1 Propriétés générales des protéines 1. Les protéines varient beaucoup selon leur Mr. Protéine Mr (kDa) # résidus # chaînes Insuline 5.7 51 2 Cytochrome c 13 104 1 Ribonucléase A 13.7 124 Lysozyme 13.9 129 Myoglobine 16.9 153 Chymotrypsine 21.6 241 3 Chymotrypsinogène 22 245 Hémoglobine 64.5 574 4 Albumine sérique 68.5 550 Hexokinase 102 800 Immunoglobuline G 145 1,320 RNA polymérase 450 4,100 5 Apolipoproteine B 513 4,536 Glutamate déshydrogenase 1,000 8,300 40 Source: Biochemistry. Lehninger. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Protéines multimériques Monomère/sous-unité Homodimère 1 Hétérodimère 2 Liaisons hydrogène: N-H ----- O-H N-H ----- N O-H ----- O=C N-H ----- O=C Interactions hydrophobes: -CH3 CH3- CH3 Interactions électrostatiques: COO- ----- H3+N Les protéines ayant plus qu’une chaîne polypeptidique sont dites multimériques; Différents types de protéines multimériques existent: Homo/oligomères: 2 copies ou plus de la même chaîne d’acides aminés; Hétéromères: différentes chaînes polypeptidiques forment la protéine. Les composantes polypeptidiques d’une protéine multimérique (i.e. les sous-unités) peuvent être maintenues ensemble de plusieurs façons: Ponts disulfure Liaisons hydrogène Interactions hydrophobes Interactions électrostatiques Les protéines multimériques nécessitent, la plupart du temps, que toutes leurs sous-unités soient présentes pour être fonctionnelles. Plusieurs protéines multimériques peuvent changer de partenaire, ce qui permet par exemple de les inhiber/activer, ou de leur donner une fonction différente. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Importance des protéines multimériques- polarité planaire des cellules CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Importance des protéines multimériques- polarité planaire des cellules Nature Genetics 38, 21 - 23 (2006) CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Propriétés générales des protéines 2 Propriétés générales des protéines 2. Les protéines varient beaucoup selon leur pI. Protéine pI Pepsine 1 Albumin de l’œuf 4.6 Albumine sérique 4.9 Uréase 5 b-lactoglobuline 5.2 Hémoglobine 6.8 Myoglobine 7 Chymotrypsinogène 9.5 Cytochrome c 10.7 Lysozyme 11 Source: Biochemistry. Lehninger. CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Propriétés générales des protéines 3 Propriétés générales des protéines 3. Fréquence de la composition en acides aminés Nombre de résidus par molécule de protéine Acide aminé Cytochrome c humain Chymotrypsinogène bovine Leu 6 19 Lys 18 14 Met 3 2 Phe Pro 4 9 Ser 28 Thr 7 23 Trp 1 8 Tyr 5 Val Total 104 245 Nombre de résidus par molécule de protéine Acide aminé Cytochrome c humain Chymotrypsinogène bovine Ala 6 22 Arg 2 4 Asn 5 15 Asp 3 8 Cys 10 Gln Glu Gly 13 23 His Ile CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Propriétés générales des protéines 3 Propriétés générales des protéines 3. Fréquence de la composition en acides aminés CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Propriétés générales des protéines 4 Propriétés générales des protéines 4. Les protéines peuvent inclure d’autres groupements que des acides aminés. Classe Groupe prosthétique Exemple Lipoprotéine Lipides b1-lipoprotéine (sang) Glycoprotéine Carbohydrates (sucres) Immunoglobuline G (sang) Phosphoprotéine Groupement phosphate Caséine (lait) Hémoprotéine Hème (porphyrine à atome de Fer) Hémoglobine Flavoprotéine Nucléotides flavines Succinate déshydrogénase Métalloprotéine Fe Zn Ca Cu Ferritine Alcool déshydrogénase Calmoduline Plastocyanine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

Propriétés générales des protéines 5 Propriétés générales des protéines 5. Les protéines adoptent une forme bien précise. Chaque polypeptide adopte une forme ou conformation précise. Cette conformation est unique à chaque polypeptide; Une protéine qui adopte la bonne conformation est dite native; Toute altération de la conformation d’une protéine (p.ex. par chauffage) dénature la protéine et mène généralement à son inactivation. Protéine globulaire Protéine filamenteuse (ou en bâtonnets) CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.