chmi 2227 - e.r. gauthier, ph.d. 1 chmi 2227f biochimie i protéines: - structure quaternaire
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CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 1
CHMI 2227FBiochimie I
Protéines:-Structure quaternaire
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Structure quaternaire
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Structure quaternaire 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;
Porine: une protéine membranaire trimérique
hydrophobe
hydrophile
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Structure quaternaire Hémoglobine
Faite de 4 sous-unités polypeptidiques: 2 copies d’une sous-unité
(ou HbA): en jaune et bleu; 2 copies d’une sous-unité
(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 ;
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Structure quaternaire Hémoglobine HbA vs myoglobine
HbA Myoglobine
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Structure quaternaireLiaison 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+;
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Structure quaternaireLiaison 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???
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Structure quaternaireLiaison de l’oxygène par Hb et myoglobine
A
B
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);
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Structure quaternaireLiaison de l’oxygène par Hb et myoglobine
A
B
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.
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Structure quaternaireLa 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-;
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;
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Structure quaternaireLa 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;
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/Hb-animation2.gif
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Structure quaternaireL’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 O2
O2
O2 O2 O2 O2
O2O2
Faible affinité Haute affinité Saturée
O2 O2
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Structure quaternairePourquoi 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;
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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;
http://ww
w.aw
-bc.com/m
athews/ch07/fi7p16.htm
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Échanges gazeuxDans les tissus
TissusÉrythrocytes
Glucose + O2
ATP
CO2
CO2H2O
Anhydrasecarbonique
H2CO3
HCO3-
H+
Plasma
HCO3-
(vers les poumons)
Hb-4O2
Hb-H+
4O2 4O2
H2O + Cl-
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Échanges gazeuxDans les poumons
PoumonsÉrythrocytes
CO2H2O
Anhydrasecarbonique
H2CO3
HCO3-
H+
Plasma
HCO3-
Hb-4O2
Hb-H+
4O2 O2
H2O + Cl-
CO2
Air
CO2
O2