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CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. 1

CHMI 2227 FBiochimie I

Protéines:-Niveaux d’organisation des protéines-Conformation du groupe peptidique


Niveaux d’organisation des protéines

Quatre niveaux d’organisation caractérisent la structure des protéines Structure primaire Structure secondaire Structure tertiaire Structure quaternaire

http://macromolecules.ucsf.edu/Lectures/Tanja%20Macromol_forces%202006.pdf


Structure primaire Correspond à la séquence d’acide aminés

formant la chaine polypeptidique ;

La structure primaire est une description complète de toutes les liaisons covalentes dans une chaîne polypeptidique ou de la protéine;

Pour certaines protéines, la chaîne polypeptidique est liée par des ponts disulfures;

Par contre, aucune indication n’est donnée quant à la position des acides aminés dans l’espace

http://www.fiu.edu/~bch3033/Handouts/Lh4Ch04Prot.pdf


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 de structure secondaire sont: l’hélice alpha et le feuillet bêta;



Structure tertiaire Correspond a l’arrangement

spatial de l’ensemble de la protéine;

Formée de l’ensemble des structures secondaires adoptée par les différentes régions de la protéine;

Formée par une chaine polypeptidique seulement;



Structure quaternaire Caractérisée par l’association de

plusieurs chaînes polypeptidiques (identiques ou différentes), formant une protéine particulière (example: hémoglobine);

La majorité des protéines ayant une masse moléculaire plus élevée que 50 000 Da consistent de 2 monomères ou plus liés de façon non-covalente;



Protéines La formation des différents niveaux supérieurs

(2°, 3° and 4°) d’organisation se fait de manière précise;

Une protéine adopte généralement une seule structure tertiaire parmi les très nombreuses conformations possibles: c’est ce qu’on appelle la conformation native de la protéine;

Pour maintenir la conformation native, plusieurs forces faibles non-covalentes sont requises.


Quelles forces déterminent la structure?

Structure primaire: Liaisons covalentes;

Structure secondaire: Les liaisons d’hydrogène des

groupes peptidiques prédominent;

Structure tertiaire et quaternaire: Liaisons hydrogène des

groupes R Interactions ioniques Interactions van der Waals Interactions hydrophobiques.


Structure secondaire des protéines L’élucidation des principales structures

secondaires des protéines ne fut que possible suite à la compréhension de la structure de la liaison peptidique;

La liaison peptidique est planaire!

http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/protstructure/olunderstandconfo.html


Conformation du groupe peptidique Si la liaison

peptidique est planaire, alors, les deux atomes impliqués dans la liaison peptidique ainsi que les quatre substituants (l’oxygene carbonyle, l’hydrogene amide, et les deux carbones α adjacents) qui forment le groupe peptidique sont co-planaires

Groupe peptidique


La liaison peptidique possède des structures de résonance!

Liaison peptidique est dessinée ayant une liaison C-N simple

Liaison peptidique est dessinée avec une liaison C=N double

La structure réelle est mieux représentée par un hybride des 2 structures de résonance. L’oxygène et le carbone du groupe carbonyle ainsi que l’azote amide se partagent les électrons. Le caractère partiellement double de la liaison peptidique empêche la rotation autour de la liaison C-N

Note: Le groupe peptidique est polaire car l’oxygène carbonyle porte une fraction de charge négative et l’azote amide une fraction de charge positive


Configuration du groupe peptidique Puisque la liaison peptidique a un caractère double

partiel, la configuration du groupe peptidique est limitée à une des deux configuration possibles, soit la configurationTrans ou Cis

Figure 3.25 Biochemistry 2001, Fifth Edition


Configuration Cis du groupe peptidique

Les carbones α sont situés sur le même flanc de la liaison peptidique et sont plus proches l’un de l’autre;

L’interférence stérique entre les chaines latérales portées par ces deux carbones α défavorise la configuration cis par rapport a la configuration trans, étirée.

R2R1

Cα CαC N

O H


ConfigurationTrans du groupe peptidique

Les carbones α de deux résidus d’acide aminé successifs encadrent la liaison peptidique et occupent les coins opposés du rectangle contenant le plan du groupe peptidique

Ainsi, presque tous les groupes peptidiques des protéines sont dans la configuration trans

Cα

Cα

R1

R2

N

H

C

O


Exceptions à la règle!

Configuration Cis existe La configuration cis la plus commune est un lien X-Pro 10% des résidus de proline dans une protéine se trouvent en

configuration cis Les liaisons impliquant l’azote imine de la proline dans la

configuration cis n’entraîne qu’à peine plus d’interférence stérique que la configuration trans



Angles Psi et Phi La rotation est limitée autour du lien peptidique à cause du

caractère double partiel de la liaison

Cependant, la rotation est permise autour des liaisons entre le groupe amino et le carbone α ainsi qu’entre le carbone α et le groupe carbonyle puisqu’ils s’agit de liaisons simples

La rotation autour de la liaison N-Cα du groupe peptidique est désigné Φ (phi) et celle autour de la liaison Cα-C est désigné Ψ (psi)


Angles Psi et Phi Ces angles sont

définis par la position relative des quatre atomes de la chaîne principale;

Les angles qui sont dans le sens horaire (clockwise) ont une valeur positive et les angles qui sont dans le sens antihoraire (counterclockwise) ont une valeur négative;

Les angles de rotation se situe entre -180° et +180°

Liaison peptidique


Angles Psi et Phi Les deux groupes peptidiques rigides adjacents

peuvent faire la rotation autour des liaisons N-Cα et Cα-C donnant lieu à plusieurs orientations;

Ces rotations sont restreintes par l’interférence stérique ce qui limite les angles permissibles Interférence entre les atomes de la chaîne principale

et les atomes de les chaînes latérales de résidus adjacents;

Interférence entre les oxygènes carbonyles de résidus adjacents


Animation de la rotation Phi

Rotation Phihttp://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/protstructure/olunderstandconfo.html


Animation de la rotation Psi

Rotation Psi http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/protstructure/olunderstandconfo.html


Graphe de Ramachandran

Le biophysicien G. N. Ramachandran a construit un modèle de peptides et a fait des calculs pour déterminer quelles valeurs de Φ et Ψ sont stériquement permises dans une chaîne polypeptidique;

Les angles permissibles

sont les régions colorés dans le graphique Ramachandran Φ vs Ψ


Graphe de Ramachandran Les conformations de plusieurs types de

structures secondaires sont situées dans les régions colorés du graphique

Les régions non colorés sont des angles qui ne sont pas permissibles dû aux interférences stériques


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