structure des protÉines bases de la biologie structurale
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STRUCTURE DES PROTÉINES
BASES DE LA BIOLOGIE STRUCTURALE
Intérêts : « drug design » (IEC), physio- pathologie (HbS)
1 notion 1 méthode 1 exemple
des pré-requis :
- chimie bio-organique : acides aminés (20 AA fondamentaux) et oses, acides gras
- biologie cellulaire : fonctions des protéines, acides nucléiques, structure et fonctions des membranes, organites, matrice extra-cellulaire
- biophysique : spectroscopies, spectrométries
I- DÉFINITIONS ET CLASSIFICATIONS1- PEPTIDES ET PROTÉINES
amidification – classification selon longueur de la chaîne
2- CLASSIFICATION DES PROTÉINES SELON LEUR COMPOSITIONholo- et hétéro-protéines (glyco-, lipo-, phospho-, métallo-, chromo-)
3- CLASSIFICATION DES PROTÉINES SELON LEUR STRUCTURE GLOBALE1 ou plusieurs chaînes polypeptidiques
4- CLASSIFICATION DES PROTÉINES SELON LEURS STRUCTURES 2RES
- protéines globulaires : classes , , /, + - protéines fibrillaires (fibreuses) : 1 type 2re +
superstructure 4re
II- LIAISON PEPTIDIQUE ET STRUCTURE 1RE
4 niveaux structuraux
1- PROPRIÉTÉS DE LA LIAISON PEPTIDIQUEmésomérie distances interatomiques diminuées, coplanéité des atomes, conformation trans bloquée, NH non ionisable, flexibilité par rotations sur les
axes C- C et C-N
2- NOMENCLATURES- orientation conventionnelle: N1 --- Cn
Phe – Val – Asn – Glu – His – Leu 1 2 3 4 5 6 F V N Q H L
- définition de la structure 1re :séquence et séquençage
3- OLIGOPEPTIDES - POLYPEPTIDES- propriétés organoleptiques- caractère amphotère : définition du pI (zwitterion)- caractère amphiphile- hydrolyses : chimiques (HCl, NaOH, CNBr) et
enzymatiques (amino-, carboxy-, endo-peptidases)- exemples d’oligopeptides d’intérêt biologique :
glutathion, insuline, endorphines…
4- SÉQUENÇAGE DES PEPTIDES ET PROTÉINES- méthodes chimiques (Sanger, Edman/PITC) et par la
génétique moléculaire (cDNA et code génétique)- résultats dans les protéines globulaires et fibreuses
III- STRUCTURE 2RE
1- DÉFINITION- repliement régulier, périodique (hélice ,
feuillet ) ou non (coude ) angles (C-C) et (C-N)
- rôle des liaisons H- diagramme de Ramachandran: conformations
stables
2- HÉLICE - modèle -kératine et hémoglobine, myoglobine : et du même signe, liaison H/n + 4, 3,6 résidus/tour, hélice droite (3,6 - 13)
3- FEUILLET - conformation : modèle -kératine ( - 40°, + 60°)- associations de brins en feuillet : liaisons H
parallèle ou anti-parallèle (+ stable)
- « épingles à cheveux » type I et II (Gly); coude - AA favorisant
4- STRUCTURES NON PÉRIODIQUES- coudes (2re apériodique) : cis-Pro (6 %) sites de modifications post-traductionnelles (P, chaînes glycaniques…)
- plus rarement : hélice 3,6 - 13 gauchehélice (liaison H/n + 5)hélice 3 - 10 (liaison H/n + 3, 3 résidus/tour)
- AA favorisant
5- SUPER-STRUCTURES 2RES
: -boucle- (sites de liaison du Ca2++, de l’ADN…) « fagot » (4 hélices antiparallèles) : « the hemoglobin form »
: motif grec, « tonneau » (antiparallèles), feuillets parallèles : « hélice »
- boucles : jonctions stables- « pelote statistique » : modèle polyAsp ou
polyGlu
IV- STRUCTURE 3RE
1- DÉFINITION- conformation privilégiée (thermodynamiquement
stable : entropie minimale), aspects tridimensionnels/repliements multiples dont ceux du 2re
- relations structure/activité : adaptations conformationnelles (efficacité catalytique des enzymes, reconnaissances AG/AC et récepteur /ligand)
/ : (motif de Rossman/déshydrogénases à NAD+)« tonneau » /, « feuille torsadée », « sabot » / (enzymes glycolytiques : HK, TPI, PK)/ + (tyrosyl-tRNA-synthétase)/ + (carboxypeptidases : Zn2+)
3- DÉNATURATION- emploi de réducteurs : ME, DTT dénaturation
partielleponts disulfure intra- et inter-caténaires (Ig)
- dénaturations thermique, chimique (pH extrêmes, précipitations au pI et aux sels neutres, emploi d’agents dénaturantss type urée et SDS)
2- MAINTIEN DE LA STRUCTURE 3RE
Liaisons stabilisatrices : S- ponts disulfure : Cys adjacentes en 3D- interactions faibles : liaison ionique par
interactions électrostatiques, liaison H, interactions hydrophobes (forces de Van der Waal’s)
- Les chaperons protéiques (chaperonines et HSP, protéino-disulfure-isomérases/ponts SS, peptidyl-prolyl-isomérase/cis-Pro) exemple du système GROEL/GROES
4- LE REPLIEMENT CONFORMATIONNEL- Définition :
co-traductionnel polypeptide replié biologiquement actifaspects thermodynamiques et cinétiques : intermédiaires à la recherche du repliement de plus faible S. phase rapide : nécessité « chaperons »
moléculaires. phase lente : spontanée (thermodynamie)
- Aspects cinétiques : < 100 AA : sans intermédiaire (0,1 - 1 s)> 100 AA : intermédiaires guidés par chaperons (1 - 1000 s) « molten-globule » : enfouissement des résidus hydrophobes, importance des coudes et des ponts SS
- Familles et super-familles de repliement : conservation phylogénique (structurale/super 2re et domaines, mais fonctionnel prime sur le structural/super-familles)exemple : les sérine-protéases (conservation du site actif)
V- STRUCTURE 4RE
1- DÉFINITION
- association spécifique de plusieurs chaînes polypeptidiques par liaisons faibles, non covalentes ; définition différente pour protéines fibreuses
- notion d’oligomérie (monomères identiques ou protomères différents/gènes différents à expression coordonnée), structure symétrique
2- MODÈLE DE L’HÉMOGLOBINE
Structure 4re et allostérie
3- L’ALLOSTÉRIE, UN EXEMPLE DE TRANS-CONFORMATION
- équilibre entre plusieurs conformères :
2 (T/R) : théorie de Monod-Wyman-Changeux
plusieurs conformères selon le nombre d’oligomères : Koshland
- relations avec activité biologique (protéines de transport, récepteurs/effets homotropes des ligands, enzymes allostériques/effets homotropes des substrats et hétérotropes de ligands)
régulations métaboliques cellulaires et physiologiques
VI- HÉTÉROPROTÉINES ET MODIFICATIONS POST-TRADUCTIONNELLES
1- PHOSPHOPROTÉINES ET PHOSPHORYLATIONS- protéine-kinases/phosphatases spécifiques- sites de phosphorylation : -OH (Ser, Thr, Tyr)
2- MÉTALLOPROTÉINESCations métalliques ou alcalino-terreux/liaisons de
coordination
3- GLYCOPROTÉINES ET GLYCOSYLATIONS- chaînes glycaniques : O et N-glycosyl-protéines
- OH Ser/Thr GalNAc, NaNa- NH Asn/séquence consensus
GlcNAc/pentasaccharide de basetrois grands types d’isoglycanes ramifiés et antennés
4- LIPOPROTÉINES
formes circulantes (plasmatiques) micellaires des lipides : apolipoprotéines
5- PROTÉINES MEMBRANAIRES
- protéines périphériques
- protéines intégrées : 1 TM, 4 TM (canaux ioniques), 7 TM (bactériorhodopsine) ; hélice et hydrophobie (diagramme d’hydrophobie) ; ancrages lipidiques (glypiation, isoprénylation…)
- propriétés biologiques- déglycosylations chimiques et enzymatiques
VII- QUELQUES GRANDES FAMILLES DE PROTÉINES GLOBULAIRES1- ALBUMINES
structure et fonction de transport et maintien de la pression oncotique2- IMMUNOGLOBINES
bases structurales des principales classes : relations structure/fonction3- PROTÉINES LIANT L’ADN
( boucle , doigts à Zn, « leucine-zipper »)interactions protéines-ADN
VIII- QUELQUES PROTÉINES FIBRILLAIRES1- LES KÉRATINES (,, fibroïne)2- PROTÉINES CONTRACTILES (actine/myosine,
tubuline du cytosquelette)3- LES COLLAGÈNES
IX- MÉTHODES D’ÉTUDES DES PROTÉINES ET DE LEUR STRUCTURE
1- PURIFICATION (extraction, fractionnement, chromatographies et électrophorèses préparatives)
2- ÉTUDE DES PROPRIÉTÉS PHYSICO-CHIMIQUES
- composition (en AA, en groupements prosthétiques) et séquençage
- détermination de la taille et de la masse moléculaire
3- MÉTHODES DE DÉTERMINATION 3D- spectrométries : directe et UV/visible,
dichroïsme circulaire (taux d’hélicité), en fluorescence
- radiocristallographie et RMN-2D
4- MÉTHODES DE PRÉDICTION
5- INTERACTIONS PROTÉINE-LIGAND (analyse de Scatchard, coopérativité moléculaire)
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