Protéines: Structure quaternaire

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1 Protéines: Structure quaternaire
CHMI 2227F Biochimie I Protéines: Structure quaternaire CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

2 Structure quaternaire
CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

3 Structure quaternaire
Porine: une protéine membranaire trimérique hydrophobe hydrophile La structure quaternaire implique par défaut plusieurs polypeptides: Oligomères Hétéromères Ces sous-unités interagissent les unes avec les autres via les forces d’interaction faibles usuelles (ponts H, Van der Waals, ioniques, hydrophobiques) et/ou des ponts disulfure; Pour les protéines aqueuses, l’interface de contact entre les sous unités implique souvent, mais pas toujours, des acides aminés hydrophobes. Pour les protéines membranaires, les acides aminés à l’interface de contact sont usuellement hydrophiles; CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

4 Structure quaternaire Hémoglobine
Faite de 4 sous-unités polypeptidiques: 2 copies d’une sous-unité a (ou HbA): en jaune et bleu; 2 copies d’une sous-unité b (ou HbB): rouge et rose Chaque sous-unité possède son propre groupe hème et peut lier l’ O2 Chaque sous-unité est très similaire, au niveau structural, à la myoglobine; À la fois l’hémoglobine et la myoglobine lient l’O2 ; CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

5 Structure quaternaire Hémoglobine HbA vs myoglobine
CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

6 Structure quaternaire Liaison de l’oxygène par Hb et myoglobine
4 principaux acides aminés entourent le groupe hème: Phe 43 His 64 Val 68 His 93 Ces acides aminés créent un environnement hydrophobe qui maintient en place le groupe hème; Aussi: His 93 lie l’atome Fe2+; CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

7 Structure quaternaire Liaison de l’oxygène par Hb et myoglobine
L’O2 lie l’atome Fe2+ du groupe hémique, et est maintenu en place par His 64; La myoglobine et l’Hb liée à l’O2 est appelée oxymyoglobine/oxyHb; La myoglobine/Hb non-liée à l’O2 est appelée désoxymyoglobine/désoxyHb Bon, si Myo et Hb peuvent toutes deux lier O2, pourquoi Hb est-elle multimérique, alors que la Myo est monomérique? POURQUOI??? CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

8 Structure quaternaire Liaison de l’oxygène par Hb et myoglobine
La liaison de l’O2 par la myoglobine suit un simple équilibre où la quantité de Myo liée à l’O2 (y) varie directement en fonction de la quantité d’O2 présente; Cependant, la liaison de l’ O2 par Hb est plus complexe: À une concentration faible d’ O2, peu de molécules de Hb sont liées, et ce même lorsque la concentration O2 est augmentée progressivement (partie A de la courbe Hb); Cependant, lorsqu’une certaine concentration d’ O2 est atteinte, Hb devient rapidement saturée O2 (partie B de la courbe Hb); A B CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

9 Structure quaternaire Liaison de l’oxygène par Hb et myoglobine
À de fortes concentration d’ O2, les Myo et Hb sont toutes deux saturées, indiquant qu’il n’y a plus de sites de liaison de disponible. Fait à noter: L’affinité de la Myo et de l’Hb pour l’oxygène varie d’un facteur 10: Seulement 2.8 Torr est requis pour saturer 50% des molécules de Myo; Cependant, 26 Torr sont requis pour saturer 50% des molécules d’Hb. A B CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

10 Structure quaternaire La liaison d’O2 change la structure 3-D de l’Hb
Sous la forme désoxy-Hb, le Fe2+ est lié à 5 autres groupes: His 93 et 4 groupes amine de l’hème; Quand une sous-unité de l’Hb lie O2, l’atome de Fe2+ bouge vers le plan du group hème, et ce faisant, tire sur His 93 et l’hélice-a; Ceci cause une modification subtile mais significative dans la structure tertiaire des autres sous-unités Hb, même celles qui sont sous la forme désoxy-Hb; CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

11 Structure quaternaire La liaison d’O2 change la structure 3-D de l’Hb
La conséquence de ce changement subtile de conformation est une augmentation de l’affinité des ces autres sous-unités pour l’O2; Ce phénomène, où une changement subtil dans la forme d’une sous-unité induit un changement similaire chez les autres sous-unités est appelé coopérativité; Les molécules qui exercent un effet de coopérativité sont aussi appelées molécules allostériques; CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

12 Structure quaternaire L’Hb est une protéine allostérique
Ce phénomène explique très bien le comportement de l’Hb en présence de l’ O2: À une pO2 faible, toutes les sous-unités Hb sont sous la form désoxy et possèdent une faible affinité pour O2: en d’autres mots, elles lient O2 très faiblement; À une pO2 plus élevée, une des 4 sous-unités lie O2, change de conformation et transmet ce changement de forme aux 3 autres sous-unités; Les 3 autres sous-unités, avec maintenant une affinité; plus élevée pour l’ O2, vont rapidement lier O2 et être saturées. O2 O2 O2 Faible affinité Haute affinité Saturée CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

13 Structure quaternaire Pourquoi Hb est allostérique, alors que Myo ne l’est pas?
Si Hb se comportait comme Myo, la majorité des molécules d’Hb demeureraient liées à l’ O2 et ne libéreraient pas l’O2 dans les tissus; À l’inverse, une Myo qui se comporte comme Hb laisserait trop facilement aller l’O2, limitant dramatiquement l’habileté de nos muscles de travailler sous des conditions aérobiques; CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

14 L’effet Bohr L’effet Bohr est l’observation que la liaison de l’O2 par l’hémoglobine diminue lorsque le pH devient plus acide; Cet effet explique pourquoi l’hémoglobine lie O2 dans les poumons et le libère dans les tissus; CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

15 Échanges gazeux Dans les tissus
Érythrocytes Glucose + O2 ATP CO2 H2O Anhydrase carbonique H2CO3 HCO3- H+ Plasma (vers les poumons) Hb-4O2 Hb-H+ 4O2 H2O + Cl- CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

16 Échanges gazeux Dans les poumons
CO2 CO2 CO2 H2O Anhydrase carbonique H2CO3 Air Hb-4O2 H2O + Cl- HCO3- HCO3- H+ Hb-H+ 4O2 O2 O2 Plasma Érythrocytes Poumons CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.