structure des proteines - SBSSA

STRUCTURE DES PROTEINES
STRUCTURE DES PROTEINES
!Les protéines sont formées à partir d’ un répertoire (alphabet) de 20 acides α-aminés
naturels (configuration L)
Amine
primaire
NH2
carbone α
Chaine
Latérale
R
H
COOH
Acide carboxylique
! Les acides aminés peuvent avoir divers états d’ ionisation
NH3+
R
H
COOH
pH=1
NH3+
R
H
COO-
pH=7
NH2
R
H
COO-
pH=11
STRUCTURE DES PROTEINES
!La nature des acides aminés varie uniquement en fonction de la chaine
latérale R, les atomes de la chaine principale (N, Cα, C, O) restant constants
NH2
Chaine
Latérale
R
H
Chaine
principale
COOH
!Les amino acides reliés par une liaison peptidique, forment un polypeptide
Peptide: < 30 aa (ex: NPY); Protéine: <50 aa (ex: Récepteur)
R1
O+H3N
O+H3N
O
Acide aminé A
O
Acide aminé B
O
H
R1
R2
N
+
H3N
O
O
R2
Dipeptide AB
Bout N-terminal
Bout C-terminal
LES 20 ACIDES AMINES NATURELS
NH2
H
COOH
R
I. Chaines aliphatiques
R
Nom
H
Glycine
Gly
G
flexible
CH3
Alanine
Ala
A
hydrophobe
Valine
Val
V
hydrophobe
Isoleucine
Ile
I
hydrophobe
Leucine
Leu
L
hydrophobe
Proline
Pro
P
cyclique, hydrophobe
casse les helices-α
α
N
H
COOH
Hydrophobe
Codes
Propriétés
Intérieur de la protéine
LES 20 ACIDES AMINES NATURELS
II. Chaines latérales aromatiques
R
Nom
CH2
CH2
OH
CH2
Codes
Propriétés
Phénylalanine
Phe
F
hydrophobe
Tyrosine
Tyr
Y
hydrophobe
Liaisons H (d/a)
Tryptophane
Trp
W
hydrophoboc
Liaisons H (d)
HN
N
H
interactions
π−π
Interactions Hydrophobes
+
+
N
Liaisons hydrogènes
Complexation
LES 20 ACIDES AMINES NATURELS
III. Chaines latérales polaires
R
Name
Codes
CH2OH
Sérine
Ser
S
Liaisons H (d/a)
CH(CH3)-CH3
Thréonine
Thr
T
Liaisons H (d/a)
CH2SH
Cystéine
Cys
C
ponts disulfure
CH2-CH2-CH2-S-CH3
Methionine
Met
M
hydrophobe
CH2-CONH2
Asparagine
Asn
N
Liaisons H (d/a)
CH2-CH2-CONH2
Glutamine
Gln
Q
Liaisons H (d/a)
R1
O
HN
N
H
H
N
O O
Properties
R2
NH
Pont disulfure
S S
O
LES 20 ACIDES AMINES NATURELS
IV. Chaines latérales chargées
R
Name
Codes
CH2-COOH
Acide aspartique
Asp
D
Liaisons ioniques, Liaisons H (a)
CH2-CH2-COOH
Acide glutamique
Glu
E
Liaisons ioniques, Liaisons H (a)
CH2-CH2-CH2-CH2-NH3+
Lysine
Lys
K
Liaisons ioniques, Liaisons H (d)
Met
M
Liaisons ioniques, Liaisons H (d)
His
H
Liaisons H (d/a)
CH2-CH2-CH2-NH(NH2)=NH Arginine
N
N
H
Histidine
O
O
N
N
H
Properties
O
H
N δ
N
H
N
H
N
N
H
ε
NH
+
N
H
Protonations de l’ histidine
Polaire
Extérieur de la protéine
II/8
STRUCTURES DE LA PROTEINE
On distingue 4 types de structures de complexité croissante pour
caractériser une protéine
Méthode
Structure
Clonage, Séquencage
primaire
Dichroisme circulaire, RMN, Diffraction
secondaire
RMN, Diffraction
tertiaire
RMN, Diffraction
quaternaire
STRUCTURE PRIMAIRE
Sequence de l’enchainement des acides aminés
-unique à chaque protéine
-déterminée par le gène codant pour cette protéine
ADN
ARN
Protéine
transcription
translation
3 bases ( 1 codon)
1 acide aminé
Ex: Insuline bovine (Sanger, 1950)
S
S
Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn
Chaine A
S
S
S
S
Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-Gly-Gu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-Ala
Chaine B
STRUCTURE PRIMAIRE
La séquence primaire peut donner des indications sur les
séquences secondaires et tertiaires (motifs structuraux) , mais ne
donne pas accès à la structure tertiaire tridimensionnelle.
Une même séquence peut se retrouver dans des structures II et III
différentes
STRUCTURES SECONDAIRES
La structure secondaire est caractérisée par deux motifs
structuraux (hélice-α; feuillet-β) dont la propriété principale est
de stabiliser la structure de la protéine par un caractère répétitif de
liaisons hydrogènes intramoléculaire
STRUCTURES SECONDAIRES: HELICE-α
α
Conformation repliée impliquant des liaisons hydrogènes répétitives
entres atomes de la chaine principale (NH et CO) des residues i et i+4.
Conformation très stable, utilisée pour séparer résidus hydrophiles et
hydrophobes sur chaque coté de l’hélice.
i+8
1 tour
=
3,6 résidus
Liaison
hydrogène
i+4
i
STRUCTURES SECONDAIRES: HELICE-α
α
Les hélices-α ont un caractère amphiphile, moment dipolaire, un tour
+
tournant
à droite
5Å
AAs hydrophobes
AAs hydrophiles
STRUCTURES SECONDAIRES: HELICE-α
α
Example: Récepteurs couplés aux Protéines G
Structure cristalline
de la rhodopsine
bovine
7 hélices
Transmembranaires !!!
STRUCTURES SECONDAIRES: FEUILLET-β
β
seconde conformation: stable, complétement étendue, liaison hydrogènes
entre atomes NH et CO de(s) la chaine(s) principale(s)
Feuillet
Feuilletsβ b
N
C
C
N
N
C
Le feuillet a un sens (N " C) ! : parallèle, antiparallèle
STRUCTURES SECONDAIRES: FEUILLET-β
β
Example: Forme cristalline de la protéine Silk I (ver à soie)
15 chaines
organisées en
Feuillet-β.
Séquence: Poly(Ala-Gly): XAGAGAGX
STRUCTURES SECONDAIRES: COUDE-β
β
Le coude permet une inversion de direction de la chaine principale
i+1
i+1
i+2
i+2
i
i
i+3
Coude-β (liaison hydrogène i, i+3)
Coude-γ (liaison hydrogène i, i+2)
PLOT DE RAMACHANDRAN
H
R1
O
N
HN
φ ψ
ω
O
R2
La conformation de la chaine principale d’un amino acide est
caractérisée par 3 angles de torsions: φ, ψ et ω.
ω= 180 deg. ( si 0 deg. " liaison peptidique cis)
Paire φ,ψ : certaines valeurs prédéfinies (selon l’AA)
Les valeurs possibles peuvent etre visualisées sous forme de
diagramme bidimensionnel: le diagramme de Ramachandran
CARTE DE RAMACHANDRAN
Hélice collagène
Hélice-α (gauche)
180
C
β
Feuillet-β
antiparallèle
β’
Gly
Feuillet-β
parallèle
αL
0
αR
Hélice-α (droite)
Gly
Gly
-180
0
180
RELATIONS AA/STRUCTURE IIaire
Certains amino acides favorisent la formation de structures IIaires
Hélice-α
Feuillet-β
Coude-β
+
Ala, Leu
Met, Glu
Ile, Val
Phe
Pro, Gly
-
Gly, Pro
Pro, Lys
Met, Ile
VERS LA STRUCTURE IIIaire
Peptide P01 (Scorpion)
VSCEDCPEHCSTQKAQAKCDNDKCVCEPI
STRUCTURE TERTIAIRE
Diffraction (rayons X, électrons), RMN
Insuline - Zn++
4ins
Fichier PDB
ATOM
1
N
GLY A
1
-8.863
16.944
14.289
1.00 21.88
1
4INS 235
ATOM
2
CA
GLY A
1
-9.929
17.026
13.244
1.00 22.85
1
4INS 236
ATOM
3
C
GLY A
1
-10.051
15.625
12.618
1.00 43.92
1
4INS 237
ATOM
4
O
GLY A
1
-9.782
14.728
13.407
1.00 25.22
1
4INS 238
ATOM
5
N
ILE A
2
-10.333
15.531
11.332
1.00 26.28
1
4INS 239
ATOM
6
CA
ILE A
2
-10.488
14.266
10.600
1.00 20.84
1
4INS 240
STRUCTURES TERTIAIRES
Le nombre de structures 3D de protéine, augmente de facon exponentielle
3000
Nombre d'entrées
2500
2000
1500
1000
500
0
1970
1975
1980
1985
Année
1990
1995
2000
STRUCTURE QUATERNAIRE
reflète l’organisation structure de la protéine en domaines
α3
Site de fixation
membranaire
α2
Site de reconnaisance
(antigène)
α1
3hla
PROTEINE D’HISTOCOMPATIBILITE (HLA-A2)