Biochimie 02LES PROTEINES15/10/14Les protines sont une classe de molcules biologiques de premire importanceLes protines sont des macromolcules de type polymre.

Dans une cellule procaryote, le nombre de protines diffrentes varie entre 1500 et 2000Dans les cellules eucaryotes, le nombre de protines diffrentes varie entre 12000 et 15000

Chaque protine prsente dans les cellules a une structure qui est dtermine gntiquement, et de ce fait possde une taille prdfinie (altre parfois lors des traductions).Elles ont des rles trs varis au sein dune cellule et au sein dun organisme.Les protines sont synthtises et dgrades en permanence dans les cellules.

Elles jouent le rle de transporteurs: de sucres, acides amins, lipides entre organismes (albumine, apo-lipoprotine).

Elles interviennent dans limmunit anticorps: immunoglobulines (Ig) protines du systme du complment protines de cicatrisation: fibrine protines du CMH I et CMH II (complexe majeur dhistocompatibilit)

Elles ont des rles structuraux: cytosquelette: tubuline, actine contraction musculaire: myosine vacuole: clathrine organisation de lADN: histones

La liaison peptidiqueLa liaison peptidique est trs stable. Elle conduit la libration dune molcule deau (et une seule!!!) et la formation dune liaison amide. Elle comprend 6 atomes coplanaires.

Linus Oruling et Robert Corey (1930 1940) ont dtermine par rayon X les structures de plusieurs acides amins et de dipeptidesCes tudes ont montr que le groupement peptidique possde une structure plane rigide, due des interactions en rsonance, qui confrent la liaison peptidique un caractre partiel - environ 40% - de double liaisonLes diffrents niveaux dorganisation dune structure protiqueLa structure primaire est une succession linaire des acides amins les uns la suite des autres sans rfrence une configuration spatiale. Elle correspond lordre denchainement des acides amins. La squence est donne en partant de l'acide amin N-terminal (extrmit NH2) vers le C-terminal (extrmit COOH) qui correspond au sens de la synthse des protinesLa structure secondaire correspond un repliement local de la chaine principale dune protine Dans la structure tertiaire les chaines polypeptidiques se replient dans lespaceLassociation dau moins deux chanes polypeptidiques relies par des liaisonsnon-covalentes correspond la structure quaternaire.

Quelques exemples de peptides dintrt

Enkphalines: neuropeptide endogne dcouvert par Hugues et Kosterlist en 1975 (galement produits dans les cellules cardiaques).Enchainement: Tyr-Gly-Gly-Phe-LeuIls agissent sur les mmes rcepteurs que les opiacs (morphine et drivs).

Vasopressine: 9 acides amins associs Agit sur le rein en provoquant la rtention deau: cest un vasoconstricteur

Ocytocine : hormone trs voisine de la vasopressine, fabrique par la posthypophyse. Locytocine stimule la contraction du muscle, en particulier sur lutrus lors de laccouchement

Locytocine stimule la contraction du muscle utrin alors que la vasopressine augmente la pression sanguine et a une action antidiurtique.

Le glutathion: g-glutamyl-cystine-glycineIl existe sous la forme rduite et oxyde, ce qui lui permet de jouer un dans certaines ractions doxydo-rduction.

Linsuline: permet le passage du glucose sanguin lintrieur des cellules Dverse dans le sang, elle va agir sur tous les organes qui consomment du glucose Cest une Hormone hypoglycmiante scrte par les cellules bta des lots de Langerhans.

Linsuline comporte 2 chanes : la chane A de 21 acides amins et la chane B de 30 acides amins relies par deux ponts disulfures S-SScrte sous forme de pro-insuline de 84 acides amins, elle sera clive pour donner linsuline active de 51 acides amins

La premire dtermination de la squence complte en acides amins dune protine: linsuline de buf par Fred Sanger en 1953Llucidation de la structure primaire a ncessit plus de 10ans de travail et environ 100g de protines! (Wahou !!!........)

Aspartame: dulcorant alimentaire denchainement: phnylalanine acide aspartique - mthanolSquenage EXAMIl existe des coupures enzymatiques et des coupures chimiques qui vont couper lextrmit N-term, soit lextrmit C-term, soit couper lintrieur de la chaine dun acides amins particulier.

Dans un premier temps, on dfinit des aminopeptidases qui permettent lidentification de lextrmit N-term et des carboxypeptidases qui permettent lidentification de C-term

Coupure enzymatique

Des enzymes peuvent tre utiliss pour des identifications : la trypsine: coupure aprs les acides amins basiques lysine et arginine la chymotrypsine: coupe aprs les acides amins aromatiques cycliques phnylalanine, tyrosine, tryptophane Coupure chimique

Lhydrolyse acide (HCl 6N) permet la coupure de toutes les liaisons peptidiques la destruction du tryptophane

Lhydrolyse basique (NaOH = soude 6M) permet la rupture de toutes les liaisons peptidiques

Le dinitrofluorobenzne (DBNF ou ractif de Sanger), le chlorure de Dasbyl ou Dansyl et la mthode dEdman (PICT) permettent lidentification de lextrmit N-term

Le mercaptothanol, le DTT, le KCN, l'ure coupent les ponts disulfures.

Le bromure de cyanogne coupe du ct carboxylique des rsidus mthionine.

Repliement protiqueQuatre grands types dinteraction interviennent dans le repliement de la chaine La structure primaire dune protine dtermine sa structure tertiaire

Structure primaireLes interactions protiques liaisons hydrophobes: les acides amins ont plus daffinit entre eux (interactions de VdW) liaisons ioniques; les radicaux sionisent liaisons H: liaisons intramolculaires entre C=O et N-H peptidiques. ponts disulfures S-S: liaison covalente entre 2 cystines par leur atome de soufre

Structure secondaire La structure correspond aux structures spatiales rgulires: hlices alpha, plis bta, feuillets bta ...Elle correspond un arrangement rgulier des acides amins selon un axe

La structure secondaire est la rsultante des contraintes striques dues la structure propre des acides. Elle correspond lorganisation ou repliement local dacides amins conscutifs

Hlice alpha Elle est caractrise par lenroulement des liaisons peptidiques autour dun axe. Cet enroulement se fait vers la droite (hlice droite) et comporte 3,6 rsidus par tour soit 5,41 Les rsidus se retrouvent la priphrie. Cette structure est stabilise par des liaisons hydrogne H entre les groupements CO et NH de deux liaisons peptidiques superposes.La chaine dacides amins prend la forme dun tire-bouchon.

Acides amins possdant une hlice alpha: Ala, Leu, Met, Glu La glycine dstabilise les hlices La proline interrompt une hlice: pas de libert de rotation

Feuillet btaLes 2 chanes sont disposes paralllement l'une l'autre et orientes en sens inverse (Nt->Ct/Ct->Nt). Cette disposition est dite antiparallle. Les Chanes sont relies entre elles par des liaisons hydrognes entre les CO et les NH de deux liaisons peptidiques superposes.

Il se forme des liaisons hydrogne entre certains acides amins de la chane disposs paralllement les uns par rapport aux autres, ou dune faon antiparallle (membrane plisse).Une liaison H est une interaction faible entre les NH et CO de segments diffrents pouvant appartenir la mme chane ou des chanes diffrentes.

Acides amins: Val, Ile, Tyr, Trp, Phe La Proline dstabilise le feuillet

Coude btaConformation non rptitive rsidus polairesIndispensable pour la formation des feuillets de chaines antiparallle bta. Ils permettent un changement de direction de la chaine polypeptidique

Coudes et boucles: Gly, Asp, Ser, Asn, Pro Souvent dans sites de liaisonet/ou sites actifs des protines

Structure tertiaireLa structure tertiaire concerne larrangement dans lespace des structures secondaires cest dire la position dans lespace

Elle correspond au repliement de la chaine protique. Ce repliement tant li lexistence de rsidus encombrants ou chargs. La structure de la molcule sorganise alors selon les trois directions de lespace.

Cette structure est stabilise par: des liaisons H entre les rsidus dacides amins (Ser-Lymphocytes) des liaisons ioniques (glu-lymphocytes) des liaisons hydrophobes ou de VdW entre les rsidus apolaires des ponts disulfures S-S entre les rsidus de cystine (nexiste pas dans le cas de la myoglobine)

De plus, pour ce type de structure (structure globulaire), les rsidus dacides amins apolaires se situent prfrentiellement au centre de la structure o ils peuvent s'associer par liaisons hydrophobes. Tandis que les rsidus polaires ou ioniques se situent la priphrie o ils peuvent s'associer entre eux par liaison hydrogne ou ionique, ou encore avec l'eau par liaison hydrogne.

Structure quaternaire La structure quaternaire est une association de structures tertiaires: certaines protines existent sous forme de complexes comportant alors plusieurs sous-units (exemple ATPase-synthtase a3b3dge).

Elle correspond l'association de plusieurs sous units protiques (les monomres) pour former une protine dite oligomrique. Les sous units peuvent tre lies entre elles par : Des liaisons hydrognes entre les rsidus d'acides amins de deux sous unitsExemple : ser --- lymphocytes

Des liaisons ioniques de deux sous unitsExemple : glu ---lymphocytes

Des liaisons hydrophobes (ou Van der Waals) entre les rsidus apolaires de deux sous units.

Des ponts disulfures entre les rsidus de cystine de deux sous-units (ils n'existent pas dans le cas de l'hmoglobine).

Hmoglobine Transport de lO2 et du CO2

Les dterminations des premires structures de protines par rayon X est celle de la Membrane de cachalot (John Kendrew, 1959) et de l'Hb de cheval (Max Perutz, 1968) a provoqu une rvolution dans la manire de penser biochimique qui a rnov notre comprhension de la chimie de la vie

Structure de lHb: Ttramre constitus de 2 sous units alpha et de 2 sous units bta. Quasi homottramre

Les sous units alpha et bta sont des homologues de la myoglobine 18% didentit prsence de rsidus invariants (ex HisE7 et HisF8)

Chaque sous-unit possde un hme et est donc capable de fixer un O2 (donc 4 O2 au total)

Arrangement des sous-units : dimres de dimresContacts : a1-1 ou a2-2: 35 rsidusa1-2 ou a2-1: 19 rsidusa1-a2 ou 1-B: gure dinteractions

1