Protéines: Structure secondaire Hélice alpha

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

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

3 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 E.R. Gauthier, Ph.D.

4 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 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

5 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 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

6 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 E.R. Gauthier, Ph.D.

7 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 E.R. Gauthier, Ph.D.

8 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 E.R. Gauthier, Ph.D.

9 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 ° dans le graphe de Ramachandran; Les valeurs similaires des angles phi et psi donnent l’hélice α sa structure régulière et répétitive CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

10 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 E.R. Gauthier, Ph.D.

11 Conformation helice alpha
Les chaînes latérales R sont projetées vers l’extérieur de l’hélice CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

12 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 E.R. Gauthier, Ph.D.

13 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 E.R. Gauthier, Ph.D.

14 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) CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

15 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) CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

16 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 E.R. Gauthier, Ph.D.

17 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 CHMI E.R. Gauthier, Ph.D.

18 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 E.R. Gauthier, Ph.D.