Chapitre 3 les protéines

Forme et structure des protéines La forme des protéines est déterminée par leur séquence en acides aminés Acides aminés polaires et non-polaires Liaison peptidique Forces déterminant les repliements Les protéines sont construites par assemblages de motifs structuraux communs Liaisons intra-popypeptidiques Hélice a Feuillet plissé b

Forme et structure des protéines Les domaines sont les unités fondamentales de l’organisation des protéines Les protéines représentent une fraction minimes des polypeptides théoriquement possibles Les protéines peuvent être classées en familles Les protéines ne peuvent adopter qu’un nombre limité de repliements Homologie de séquences Recherche de « séquences signatures » Les « réassortiment de modules »

Forme et structure des protéines Les protéines s’assemblent souvent pour former des complexes de plusieurs polypeptides Assemblage globulaire Assemblage en filaments allongés Certaines protéines sont allongées: les protéines fibreuses Souvent, des liaisons covalentes stabilisent les protéines extracellulaires Les protéines servent souvent de sous-unités pour la formation de plus larges structures

Forme et structure des protéines Fonctions des protéines Les protéines se lient à d’autres molécules configurations des sites de liaison

Les protéines sont des polypeptides À pH 7, les groupes carboxyl et amine sont ionisés Formation du lien peptidique Avec élimination d’une molécules d’eau eau Liaison peptidique

Composants de la chaîne polypeptidique Squelette polypeptidique chaîne latérale non polaire chaîne latérale polaire

10 aa polaires 10 aa non polaires Acide aspartique Asp D acides Acide glutamique Glu E Arginine Arg R basiques Lysine Lys K Histidine His L polaire non chargé Asparagine Asn N Glutamine Gln Q Serine Ser S Threonine Thr T Tyrosine Tyr Y alanine Ala A non polaires Glycine Gly G Valine Val V Leucine Leu L Isoleucine Ile I Proline Pro P Phenyalanine Phe F Methionine Met M Tryptophan Trp W Cysteine Cys C

Les protéines sont des polypeptides Chaines latérales Squelette polypeptidique Extrémité C-terminal Extrémité N-terminal Liaisons peptidiques

Limitations stériques des liaisons peptidiques acide aminé liaisons peptidiques

Les protéines se replient dans la conformation de moindre énergie liaisons hydrogène liaisons ioniques Attraction de van der Waals entre atomes en contact

Les forces hydrophobes participent au repliement des protéines chaînes latérales polaires chaînes latérales non-polaires La région hydrophobe centrale contient les chaînes latérales non-polaires Les chaînes latérales polaires exposées à l’extérieur peuvent former des liaisons H avec l’eau Polypeptide déroulé Polypeptide replié en milieu aqueux

Hélice a : des liaisons hydrogènes stabilisent la chaîne polypeptidique chaîne latérale d’acide aminé N-terminal oxygène liaison hydrogène carbone hydrogène azote C-terminal

Hélice a Hélice a NH2 =3.6 aa C=0 4 carbone 3 Liaison hydrogène entre azote 2 N-H COOH 1

Les chaînes latérales sont Feuillet plissé b : des liaisons hydrogènes stabilise la chaîne polypeptidique C-terminal liaison hydrogène chaîne latérale d’acide aminé hydrogène carbone azote Les chaînes latérales sont alternativement devant ou derrière le plan du feuillet b liaison peptidique oxygène N-terminal

Feuillets plissés b antiparallèles NH2 COOH

Feuillets b anti-parallèles ou parallèles boucles

Les domaines sont les unités fondamentales de l’organisation des protéines domaine SH3 petit domaine kinase grand domaine kinase kinase Src domaine SH2

Modèle en relief de Src domaine SH3 petit domaine kinase grand domaine

domaine de liaison au NAD de l’enzyme déshydrogénase lactique Les domaines sont constitués d’arrangements de chaînes a et de feuillets b reliés par des boucles boucle projetée région variable d’immunoglobulibe domaine de liaison au NAD de l’enzyme déshydrogénase lactique Cytochrome b562

Les protéines ont été sélectionnées 20 acides aminés Polynucléotides de 4 aa: 204 = 160.000 possibilités de 300 aa: 20300 = 10390 possibilités! Les protéines ont été sélectionnées pour leur stabilité structurelle qui définit spécifiquement leur fonction

Forme et structure des protéines Les domaines sont les unités fondamentales de l’organisation des protéines Les protéines représentent une fraction minimes des polypeptides théoriquement possibles Les protéines peuvent être classées en familles

2 membres de la famille des sérine protéases

la structure tridimensionnelle est souvent mieux conservée que la séquence en acides aminés hélice 3 engrailed a2 de levure hélice 1 hélice 2 hélice 3 engrailed de Drosophile

Recherche de domaines par comparaison des séquences d’acides aminés avec les « séquences signatures » de domaine séquence « signature » d’un domaine SH2 Src homme comparaison de séquences Src de Drosophile

Les « modules » protéiques sont de petits domaines qui peuvent se rassembler boucles NH2 NH2 Feuilllets b plissés COOH NH2 COOH COOH module immunoglobuline module fibronectine de type 3 module « kringle » modules « en ligne » modules « en prise »

Le « réassortiment » de domaines crée des protéines variées domaine de fixation du calcium

La fibronectine est formée de l’alignement de modules fibronectine de type 3 4 module fibronectine de type 3 « en ligne »

La complexité des protéines de vertébrés Génome humain :30000 – 35000 gènes (C. elegans 19000 gènes) Seulement 7% des domaines protéiques des vertébrés ne sont pas présent chez les invertébrés Différence = réassortiment des domaines beaucoup plus complexe chez les vertébrés

Dimère symétrique du répresseur bactérien Cro

Neuraminidase: tétramère de 4 monomères identiques

Hémoglobine: tétramère symétrique de 2 sous-unités différentes Hème (fixation d’02)

Exemples d’assemblage de polypeptides sous-unités libres structures assemblées dimère 1 site de liaison hélice 2 sites de liaison anneau 2 sites de liaison

molécule d’actine Terminaison - Le filament d’actine résulte de l’arrangement hélicoïdal de protéines d’actine Terminaison +

bande d’aa hydrophobes distribués sur la même face de l’hélice a Les filaments de kératine sont constitués de l’assemblage de protéines fibreuses séquence répétée de la protéine = a-b-c-d-e-f-g-a-b-c-d-e-f… enroulement par liaisons hydrophobes bande d’aa hydrophobes « a » et « d » distribués sur la même face de l’hélice a

Les molécules de collagène sont reliées par des liaisons covalentes section d’un fibrille de collagène = molécules de collagène reliées molécule de collagène triple hélice de collagène

Les molécules d’élastine sont reliées par des liaisons covalentes fibre élastique EXTENSION RELAXATION molécule d’élastine liaison

Les pont di-sulfures (covalents) stabilisent les protéines extracellulaires oxydation liaison di-sulfure inter-chaine réduction liaison di-sulfure intra-chaine

L’assemblage de protéines globulaires en hexagones répétés feuillet plat sous-unité tube hélicoïdal 1. Économie génomique 2. Versatilité 3. Elimination des erreurs

Formation des capsides virales sphériques par assemblages de protéines globulaires Virus SV40

Beaucoup de protéines peuvent se rassembler spontanément en larges complexes TMV

Liaison sélective d’une protéine à une autre molécule liaisons non covalentes ligand site de liaison protéine

Le site de liaison oriente les acides aminés impliqués dans la liaison au ligand chaînes latérales des acides aminés protéine dépliée Conséquences possibles de la formation du site de liaison lors du repli de la protéine Exclusion d’eau Rassemblement de charges Création de groupes réactifs site de liaison protéine repliée