Plan du cours 1. Introduction 2. L’eau 3. Les acides aminés, les peptides et les protéines 4. La structure tridimensionnelle des protéines 5. Exploration.

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1 Plan du cours 1. Introduction 2. L’eau 3. Les acides aminés, les peptides et les protéines 4. La structure tridimensionnelle des protéines 5. Exploration des protéines 6. La fonction des protéines 7. Les enzymes 8. Les glucides 9. Les nucléotides et les acides nucléiques 10. Les technologies de l’ADN 11. Les lipides 12. Les membranes biologiques et le transport 13. La signalisation cellulaire 14. Cancer et apoptose

2 3. Acides aminés, peptides et protéines 3-1

3 3-2 3.1. Introduction 3.2. Les acides aminés 3.3. Les peptides et les protéines 3.4. Structure primaire des protéines

4 3-3 3.1. Introduction Acides aminés polymérisation Protéines 20 Plusieurs milliers 20 500 possibilités Structure et fonction extrêmement complexes Protéines = « working molecules »

5 3-4 LuciférineHémoglobineKératine

6 3-5 Defence

7 3-6 3.1. Introduction 3.2. Les acides aminés 3.3. Les peptides et les protéines 3.4. Structure primaire des protéines

8 3-7 3.2.1. Structure générale 3.2. Les acides aminés 20 groupements R différents (taille, charge électrique, solubilité dans l’eau,…)

9 3-8 Nomenclature

10 3-9 Carbones α, β, γ, δ, ε, … et carbones 1, 2, 3, 4, 5, …

11 3-10 3.2.2. Configuration C α = centre chiral (excepté pour glycine) minimum 2 énantiomères possibles (voir dias 1.7 à 1.9)

12 3-11 Rappel (voir dia 1.9): Priorité des groupements -OCH 2 > -OH > -NH 2 > -COOH > -CHO > -CH 2 OH > -CH 3 > -H Presque tous les acides aminés ont une configuration S

13 3-12 Configurations D et L Emil Fischer (1891)

14 3-13 Les acides aminés n’existent qu’en configuration L

15 3-14 3.2.3. Les groupements R (ou chaînes latérales) Groupes R: Non Polaires, aliphatiques Aromatiques Polaires non chargés Chargés positivement Chargés négativement

16 3-15 Non Polaires, aliphatiques Hydrophobes Interactions hydrophobes Glycine = achiral Méthionine, groupe thioether

17 3-16 Isoleucine Proline Un seul stéréo-isomère Structure rigide

18 3-17 Aromatiques Noyau indole Non polaire Polaires

19 3-18 Le tryptophane et la tyrosine absorbent la lumière ultraviolette (280 nm)

20 3-19 Mesure de l’absorbance Spectrophotomètre

21 3-20 Principes Lumière monochromatique

22 3-21 Loi de Beer-Lambert A = Log I 0 /I = εcl C A A= f(C) Transmittance: T = I/I 0 Absorbance: A = -Log T (Si A = 0, T = 100%) ε = coefficient d’extinction molaire (M -1 cm -1 ) c = concentration de la molécule absorbante (M) l = largeur de la cuvette (cm)

23 3-22 Polaires non chargés Liaisons hydrogène Ser et Thr = version hydroxylée de Ala et Val

24 3-23 Thréonine Un seul stéréo-isomère (comme isoleucine)

25 3-24 Cystéine pont disulfure Hydrophobe Liens covalents entre polypeptides

26 3-25 Chargés positivement (basiques) Groupement amine Groupement guanidine Groupement imidazole

27 3-26 Histidine Seul acide aminé ayant un R dont le pK a est proche de la neutralité Voir dia 2.54

28 3-27 Chargés négativement (acides) Deux groupes carboxyliques Formes amides = asparagine et glutamine

29 3-28 3.2.4. Les acides aminés rares Modifications d’aa incorporés dans les protéines Membrane des cellules végétales Constituant du collagène Constituant de la myosine Constituant de la prothrombine

30 3-29 3.2.5. Les acides aminés essentiels Essentiel = substance indispensable qu’un organisme donné ne peut pas synthétiser, et qu’il doit trouver dans le milieu extérieur « Le très lyrique Tristan fait vachement marcher l’hystérique Iseut » Leu, Thr, Lys, Trp, Phe, Val, Met, His, Ile 9 acides aminés essentiels: Leucine, Thréonine, Lysine, Tryptophane, Phénylalanine, Valine, Méthionine, Isoleucine, Histidine

31 3-30 3.2.6. Carences en arginine et en taurine chez le chat Carence en arginine Le catabolisme des acides aminés dans le foie est rapide chez le chat (même si peu d’apports en protéines)

32 3-31 Cycle de l’urée Protéines Alimentation

33 3-32 hyperammoniémie encéphalopathie Un seul repas sans apport d’arginine peut provoquer une hyperammoniémie! Protéines Alimentation

34 3-33 Carence en taurine Libre, non incorporé aux protéines surtout présent dans les cellules hépatiques, cardiaques et de la rétine Chats: faible production endogène

35 3-34 Carence dans le foie Sels biliaires (détergents) Carence problèmes de croissance, de développement, …

36 3-35 Carence dans la rétine Photomicrograph: arrow - tapetum, arrowhead - inner nuclear layer, c – choroid, g - ganglion cell layer, p - photoreceptor perikarya (outer nuclear layer), s - sclera Dégénérescence rétinienne centrale du chat (Feline Central Retinal Degeneration, FCRD)

37 3-36 Carence dans le muscle cardiaque Pas de carence Carence

38 3-37 Cardiomyopathie dilatée (dilated cardiomyopathy, CDM)

39 3-38 Sources de taurine: Autres animaux, aliments commerciaux pour chat,… Se méfier: Du poisson (thon), des aliments commerciaux pour chien,…

40 3-39 3.1. Introduction 3.2. Les acides aminés 3.3. Les peptides et les protéines 3.4. Structure primaire des protéines

41 3-40 3.3.1. Liens peptidiques 3.3. Les peptides et les protéines Lien peptidique (amide)

42 3-41

43 3-42 3.3.2. Taille 2 aa = dipeptide 3 aa = tripeptide 4 aa = tétrapeptide 5 aa = pentapeptide … Oligopeptides Polypeptides (< 10 kDa) Protéines (> 10 kDa)

44 3-43 Oligopeptides (exemples) Hormones peptidiques Ocytocine (9 aa): contraction de l’utérus Bradykinine (9 aa): inhibe l’inflammation Certains toxiques (amanitine) Certains antibiotiques (bacitracine, daptomycine) Voir dia 1.11

45 3-44 Polypeptides (exemples) Protéines (exemples) Insuline (stockage du glucose), 1 chaîne de 30 aa et 1 chaîne de 21 aa Glucagon (mobilisation du glucose), 1 chaîne de 29 aa

46 3-45 3.3.3. Sous-unités protéiques Sous-unité protéique = chaîne polypeptidique liée de manière non covalente à une (ou plusieurs) autre(s) Dans ce cas, l’ensemble des sous-unités forme la protéine, et la protéine est dite oligomérique (dimérique, trimérique, tétramérique, pentamérique,…)

47 3-46 Exemple de l’hémoglobine Tétramère

48 3-47 3.3.4. Les protéines conjuguées Protéine contenant un (des) groupe(s) chimique(s) supplémentaire(s) non peptidique(s) Ce(s) groupe(s) = groupe(s) prosthétique(s)

49 3-48 Exemple de l’hémoglobine 4 hèmes

50 3-49 3.3.5. Les 4 niveaux de la structure protéique Liens covalentsLiens non covalents

51 3-50 3.1. Introduction 3.2. Les acides aminés 3.3. Les peptides et les protéines 3.4. Structure primaire des protéines

52 3-51 3.4. Structure primaire des protéines Liens covalents (peptidiques et ponts disulfures) Séquence 1953: Frederick Sanger: séquence de l’insuline bovine Années 1950-60: relations protéines-ADN-ARN