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Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Les protéines peuvent être classées sur la base de:
leur solubilité dans des solutions salinesleur formeleur fonction biologiqueleur mobilité électrophorétique ou leur coefficient de sédimentation
leur structure 3D
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
I.1. Structures à domaine alpha
Myoémérythrine
myoglobine
Classe de structure la moins représentée
Faisceaux d’hélices alpha reliées par des boucles
Faisceaux de quatre hélices ou reploiement globine.
Sous-unité de la protéine Rop
2 hélices alpha antiparallèlesboucle de 3 acides aminés
Protéine Rop
DimèreFaisceaux de 4 hélices
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Chaînes latérales hydrophobesChaînes latérales hydrophiles
Les hélices adjacentes dans la séquence et dans la structure 3D
Les centres actifs sont localisés au centre du faisceau dans la zone hydrophobe
Cytochrome b562 MyoémérythrineAtome de fer
Faisceaux de quatre hélices.
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Reploiement globine ou pli de la globine
Faisceau de 8 hélices, orientations différentes
Entre 7 et 28 résidus
Hélices adjacentes dans la séquence pas forcément dans la structure
Conservation de la structure 3D dans différentes espèces avec homologie de séquences de 16 à 99%
Contacts hélice-hélice et hélice-hème: conservation absolue de l’hydrophobicité des résidus
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
I.2. Structures Bêta antiparallèles
Superoxyde dismutase8 brins β antiparallèles cœur hydrophobe
2ème plus grand groupe de structure
Comprend des enzymes, des protéines de transport, les anticorps et des protéines d’enveloppe virale
Brins bêta antiparallèles (4 à plus de 10) arrangés en 2 feuillets
Structure en tonneau
rubredoxin Région constant Région variable des Ig
préalbumine
Superoxydedismutase
Concanavaline A Chymotrypsine
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
2 motifs « épingle à cheveux »:
12 possibilités pour feuillet
bêta 4 brins
Clé grecque
Tonneau alterné
Tonneau clé grecque
Tonneau « gâteau roulé »
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Tonneau alterné
Brins bêta adjacents dans la séquence et dans la structure 3D du tonneau alterné
Protéine plasmatique liant le rétinol
8 brins tors et courbes : 2 feuillets bêta (vert et bleu) serrés l’un contre l’autre. Certains brins (rouge) participent aux 2 feuillets. La molécule de rétinol est liée à l’intérieur du tonneau. Appartient à superfamille de protéines ayant structure 3D similaire, qui lient de grosses molécules hydrophobes. Tonneau bêta alterné bien adapté.
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Neuraminidase du virus de la grippeHomotétramère
Pour chaque sous-unité, 6 feuillets bêta antiparallèles de 4 brins forment un supertonneau. 12 boucles forment le site actif
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Tonneau à « clé grecque »
Structure de la gamma-cristalline
Monomère à 2 domaines1 domaine: 2 motifs « clé grecque », 2 feuillets bêta, 1 tonneau distordu
Structure d’un domaine
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Tonneau « gâteau roulé »
Illustration schématique du motif « gâteau roulé »
Organisation de 8 brins bêta en longue
épingle à cheveux
Enroulement de l’épingle autour du tonneau.Tous les brins bêta sont antiparallèles
Diagramme topographique
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
I.3. Structures alpha/bêta
Structure de domaine la plus fréquente et la plus régulière
Alternance de brins bêta et d’hélices alpha
Motifs β−α−β (les brins béta sont parallèles)
Feuillet central parallèle ou mixte entouré d’hélices alpha
Présents dans toutes les enzymes de la glycolyse et transporteurs de métabolites
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
2 groupes
Tonneau fermé Feuillet tors ouvert
Triose phosphate isomérase Domaine de liaison des nucléotidesdéshydrogénases et kinases
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
β3 aligné adjacent à β2Ordre des brins 1-2-3-4Même orientation Hélices du même coté au dessus du feuillet
β3 aligné adjacent à β1Ordre des brins 4-3-1-2Hélices des 2 cotés du feuillet
Motif β−α−βStructure fixe droite
Tonneau fermé α/β Feuillet ouvert α/β
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
200 résidus pour former les tonneaux α/β
Intérieur du tonneau hydrophobe
Tonneau α/β de la glycolate oxydase
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Structure de la pyruvate kinase530 acides aminés
B-antiparallèle(116 à 223)
Tonneau α/β (43 à 115)Site actif
+ fixation substrat
Feuillet α/β ouvert(388 à 530)
Domaine N-ter (1 à 42)
(édifice tétramèrique)
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Dans tonneau α/β, site actif crée par 8 boucles qui relient extrémités C des brins β et extrémités N des hélices α
Tonneau fermé α/β Feuillet ouvert α/β
2 brins adjacents avec boucles de connexion situées sur faces opposées du feuillet. Création d’une crevasse où se localisent sites de fixation des ligands.
33 44
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
I.4. Structures alpha + bêta
Groupe restreint
Feuillet β localisé dans zone restreinte du domaine tassécontre plusieurs hélices α
Lysozyme du bactériophage T4
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
I.5. Exemples de relations structure/fonction
I.5.1. Transport de l’oxygène: myoglobine et hémoglobine
La myoglobine a une structure compacte et riche en hélice alphaClasse alpha, reploiement globine
D
La molécule d’hème est enfouie dans une poche hydrophobe
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
L’oxygène se fixe sur la myoglobine grâce à l’hème
La fixation d’oxygène déplace l’atome de fer par rapport au plan de l’hème
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
La liaison de l’hème à la myoglobine dépend principalement de deux résidus histidine
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
La liaison de l’oxygène à la myoglobine suit une courbe hyperbolique
Très haute affinité de la myoglobine pour l’oxygène
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
L’hémoglobine est composée de 4 sous-unités de structure proche de celle de la myoglobine
L’hémoglobine adulte contient 2 chaînes α et β, identiques deux à deux. Cette structure confère à la molécule des caractéristiques de protéine allostérique.
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
L’hémoglobine est adaptée pour la captation, le transport et la libération de l’oxygène dans les tissus: l’effet coopératif
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
L’hémoglobine est adaptée pour la captation, le transport et la libération de l’oxygène dans les tissus: modulations de l’affinité pour l’oxygène
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
L’hémoglobine est adaptée pour la captation, le transport et la libération de l’oxygène dans les tissus: modulations de l’affinité pour l’oxygène
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
L’affinité de Hb pour O2 est diminuée par le 2,3 diphospho-glycérate (DPG)
DPG: intermédiaire de la glycolyse, libéré dans tissus périphériques, présent dans hématies à la même concentration que Hb (2mM)
En absence de DPG, Hb perd ses propriétés de coopérativité
L’affinité de HB fœtale (HbF=α2γ2) pour O2 est supérieure à celle de Hb maternelle (HbA=α2β2).Cette différence d’affinité est liée à la plus faible affinité de la chaîne γ de HbF pour le DPG comparée à celle de la chaîne β de HbA
L’analyse de la structure 3D de l’hémoglobine permet de définir le mécanisme moléculaire de son fonctionnement
Lors de l’oxygénation, l’atome de fer se déplace
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Les déplacements générés sur une sous-unité sont transmis à sous-unité associée
Les interactions entre chaînes adjacentes sont principalement réalisées par des ponts salins entre résidus chargés
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
La comparaison des structures de l’oxyHb et de la désoxyHbmontrent l’existence de 2 états moléculaires distincts
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
L’hémoglobine sert de modèle pour les protéines allostériques
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
L’hémoglobine sert de modèle pour l’étude des pathologies moléculaires
β6Glu ValHbA HbS
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Deux exemples de situations pathologiques
CO: blocage du site actif de HB
Drépanocytose: pas d’atteinte du site actif
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
IV.5. Exemples de relations structure/fonctionIV.5.2. Défense de l’organisme et anticorps
Système immunitaire des vertébrés :
mécanismes de défense contre parasites, virus, bactéries, cellules cancéreuses
Deux types de mécanismes de défense
Les mécanismes de défense non-spécifique ou immunité innée ou naturelle
peau, muqueuses, acidité gastrique, cellules phagocytaires ou larmes
Les mécanismes de défense spécifique ou immunité acquise
- immunité à médiation cellulaire (lymphocytes T) contre cellules infectées par virus,
bactéries et cellules cancéreuses
- immunité humorale (anticorps spécifiques) contre bactéries et virus
Fortes interactions spécifiques entre protéines du système immunitaire
et molécules spécifiques des corps étrangers
Cellules B et anticorps ou immunoglobulines
Cellules T et récepteur (TCR)
TCR reconnaissent déterminants antigéniques présentés par protéines du CMH
Trois propriétés principales:
- Reconnaissance spécifique des molécules étrangères (distinction du soi et du non soi)
- Capacité de destruction de l’élément étranger
- Mécanisme de mémorisation qui permet une réponse rapide
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Les mécanismes de défense spécifique
Déterminants antigéniques: sites des molécules reconnus par le système immunitaire
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Les immunoglobulines: vaste répertoire de protéines capables de reconnaissance spécifique
- Formation d’un complexe antigène:anticorps très spécifique
- Grande diversité des anticorps
- Tout antigène présenté au système immunitaire provoque la production d’AC spécifiques
Réaction primaire(Première rencontre avec l’antigène)
Antigène
L’antigène se lie au récepteurmembranaire d’un lymphocyte spécifique
Prolifération pour former un clone
Lymphoblastes B
Lymphocytes B mémoirePlasmocytes
Molécules d’anticorps sécrétées
Stimulation subséquente par le même antigène
Réaction secondaire (Peut survenir des années plus tard )
Plasmocytes
Molécules d’anticorps sécrétées
Lymphocytes B mémoire
Clone de cellules identique auxpremières cellules sensibilisées.
Réaction primaire(Première rencontre avec l’antigène)
Antigène
L’antigène se lie au récepteurmembranaire d’un lymphocyte spécifique
Prolifération pour former un clone
Lymphoblastes B
Lymphocytes B mémoirePlasmocytes
Molécules d’anticorps sécrétées
Stimulation subséquente par le même antigène
Réaction secondaire (Peut survenir des années plus tard )
Plasmocytes
Molécules d’anticorps sécrétées
Lymphocytes B mémoire
Clone de cellules identique auxpremières cellules sensibilisées.
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
2 types de chaînes légères
5 types de chaînes lourdes
Structure d’un anticorpsDifférents types d’immunoglobuline
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Régions hypervariables: spécificité des interactions antigène-anticorps
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Origine de la diversité des anticorps
2 pools de gènes pour les chaînes légères
Jonction combinatoire+Diversité de jonction+Hypermutation somatique
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
1 pool de gènes pour chaînes lourdes
Jonction combinatoire:+Diversité de jonction+Hypermutation somatique
3000 X 90000= 270 000 000
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
2 fragments FabLient antigènes
Fragment FcFonctions effectrices
Molécules Ig complètes cristallisent difficilement: flexibilité région charnière CH1-CH2
Structure des fragments Fab, Fc et complexes avec antigènes: informations sur la structure des Ig
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Domaines variables et constants des chaînes H et L ont une structure similaire:pli de l’immunoglobuline
Formé de 2 feuillets β antiparallèles: assimilé à tonneau à clé grecque
Pont S-S entre β2 et β6
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Domaine constant7 brins
Domaine variable9 brins
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Spécificité des Ig déterminée par séquence et taille des régions CDR
CDR1 CDR2 CDR3(β2−β3) (β3b-β3c) (β6-β7)
VL 24-34 50-56 89-97
VH 31-35 50-65 95-102
Tous les brins du feuillet à 5 brins sont impliqués dans les boucles des régions hypervariables
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Chaîne légère
CDR proches forment site de liaison antigénique
Association VH-VL et CH1-CL
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Association CL-CH1
Interactions entre les feuillets à 4 brins de CL et CH1
Résidus hydrophobes à l’interface
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Association VL-VH
Interactions entre les feuillets à 5 brins de VL et VH
Formation d’un tonneau
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Interaction CH2-CH2: pas d’interaction protéine/protéine, association lâche par chaînes polysaccharidiques
Interaction CH3-CH3: idem CL-CH1 (feuillet 4 brins)
Structure d’une molécule d’Ig complète
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
6 boucles forment le site complet de fixation de l’antigène: large surface à l’extérieur du tonneau
Site de fixation des haptènes:crevasse avec boucles CDR1 et CDR2
Complexe antigène/anticorps:lysozyme et fragment Fab d’un anticorps monoclonal anti lysozyme. En rouge, zone de contact
Chapitre I: Les différentes classes de protéines
Homologies structurales des protéines qui participent à la défense de l’organisme
ANNONCE IMPORTANTE POUR LES TP
TP obligatoires indispensables pour la validation des UE
Structure des protéines, Immunologie
INSCRIPTION sur les listes
Affichage des binômes courant de la semaine
En cas de problèmes, contacter