Cours probio protéine

PROBIO :

LES PROTEINES :

• M/ responsables de l’essentielle des fonctions de la C/
• Structure, mvT, transport, catalyse
• Formes très variées, taille et orga complexe pour assurer un max de fct° diffs : lien structure-fonction

1. Rappel sur les AA :

• Unité de base de l’assemblage des prot , exercent également des fonctions physio essentielles
• Il y a 20 AA courants + 2 rares et d’autres modifiés (modifs post-trad)
• En fct° du pH, ils sont plus ou moins protonés
• Partie commune + chaine latérales diffs
• 2 AA rares : sélénocystéine et pyrrolysine
• Il y a des AA non-protéinogènes, avec des chaines latérales qui n’interviennent pas pour formation des prot
• Chaines latérale aliphatique : chaine carbonée, saturée en H => non polaire
• Chaine avec grpmt alcool
• Chaine avec soufre => Met , Cys (pont disulfure par méca oxydation = liaisons fortes énergie)
• Chaine latérale basique => groupements ionisables (amines), majo cationique
• Chaine latérale acide => groupements chargé negativement a pH neutre ( 2* COO-)
• Avec fonction amide => a la base de la formation de la liaison peptidique et non ionisables
• Cycle non aromatique => Pro, His
• Cycle aromatique => Phe, Tyr et Trp
• Certains sont polaires et d’autres non polaire, puis acides ou basiques
• Polarité d’une M/ est due aux diffs d’électronégativité des atomes => voir echelle de Pauling. Les M/ polaires intéragissent souvent par des liaisons hydrogène = partage d’un atome H par 2 atomes électronégatifs.
• Polarité et hydropathie : les chaines latérales des AA hydrophiles ont tendance à se regrouper à l’extérieur de la prot (interaction avec l’eau ) alors que les chaines latérales des chaines hydrophobes sont enfouies a l’intérieur pour former le noyau hydrophobe (limitation interaction avec eau) = assure solubilité de la M/.
• Un AA existe sous au moins 3 formes différemment protonées, états de ionisation en passant par la forme zwitterionique ( charge globale neutre).
• pH par equation d’Henderson-hasselbalch
• classification par série : les AA sont des M/ asymétriques. Pour 1 C*, il y a 2 formes possibles = 2 formes énantiomères. Série D ou L suivant si le groupe amine est a droite ou a gauche, en prenant comme premier carbone le carbone le plus oxydé. LES AA PROTEINOGENES SONT DE SERIE L.
• la majo des AA n’absorbent pas la lumière visible => solution incolores. Seuls ceux aromatiques abs dans les ultra-violet tel que le Trp (280 nm).

1.  liaison peptidique :

• Niveau de structure des prot : structure primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire.
• Liaison peptidique = liaison de type amide substituée avec perte d’une M/ d’eau (C=O-N-H). Elle est stabilisée par mésomérie et ne peut pas subir de rotation libre car présence de liaison double partielle (effet de résonnance) => une partie du temps double liaison et une autre partie du temps en liaison simple. Liaison C-N peptidique ~ 1,32 °A. Cette liaison possède une structure rigide et plane : tous les atomes de la liaisons vont s’organiser dans un même plan (2 dimension) afin d’éviter les encombrement stériques + rigidité conduit à un squelette défini et stable. Les carbones alpha des résidus peuvent adopter 2 confo : cis et trans. L’encombrement stérique entre les chaines latérales portées par les deux carbones alpha défavorise la conf cis par rapport à la conf trans, étirée. Donc la gde majo des liaisons peptidiques est de conf trans où les groupements C=O et N-H sont orientés de façon //.
• Les plans de liaison peuvent tourner les uns par rapport aux autres par un angle phi (rotation autour du carbone alpha et N ) et l’angle psi (autour de carbone alpha et C ) => flexibilité à l’origine du repliement protéique.
• La diagramme de Ramachandran : analyse systématique des configuration d’angles phi et psi énergétiquement favorables ou défavorables.
• Les liaisons peptidiques entrainent trois possibilités de confo spatiale : structure hélicoïdale, feuillet plissé ou peulotte. Une grande partie des conf favo sont sur la diago du point sup gauche vers point inf droit.

1. Les structures secondaires :

• Repliement local de la chaine principale d’une protéine
• Principalement caract par deux motifs structuraux (hélice alpha et feuillet beta) dont la propriété principale est de stabiliser la structure de la prot par des liaisons H intraM/.
• Hélice alpha ( ou hélice 3,613) : forme cylindrique avec un repliement hélicoïdal périodique + tres compacte et maintenue par des liaisons H entre les groupes CO et NH de i+4 résidus. Sa longueur est de 12 à 20 AA et un tour d’hélice = 3,6 résidus = 0,54 nm + chaines latérales vers l’ext.
• La distribution spatiale des AA en fct° des propriétés physicochimiques de leur chaines latérales peut etre illustrée par la représentation en roue hélicoïdale avec un coté avec des résidus non-polaires et un autre coté avec les residus polaire (ex : hélice amphiphile : face hydrophile et une face hydrophobe).
• Hélice 310 : 3 résidus par tour d’hélice avec 10 atomes dans une boucle formée par une liaison H. Elle représente une structure plus relaxée, petite et courte que l’helice alpha. On la retrouve souvent dans la prolongation de l’hélice alpha au niveau des extrémitées N-ter et C ter. Elle présente une section triangulaire dans l’axe .
• Hélice pi ( hélice 4,416) : les liaisons H de périodicité AAi => AAi+5 , avec 4,4 résidus et 16 atomes dans une boucle fermée. Elle a une section quasiment carré et représente une version plus condensée de l’hélice alpha a contrario de l’hélice 310. Elle est généralement courte et permet de rajouter des angles (courbure) au sein d’une hélice alpha.
• Brins beta/ feuillets beta : chaine polypep dt la chaine carbo princ est en confo étendue. Il est caract par un espacement de 0,35 nm entre deux résidus adjacents + angles phi de -135 et angles psi de +135 (zone préférentielle du diagramme de Ramachandran) + positionnement des chaines latérales de part et d’autre de la chaine carbonée principale. Ces brins peuvent s’asso en feuillets beta par établissement de liaisons H entre les groupes NH  de la chaine principale d’un brin et les groupes C=O de la chaine princ d’un brin adjacent. Ils peuvent etre // ou anti// (les plus stables car permet un alignement optimal des résidus voisins + éléments de liaison plus courts). Il peut aussi également des feuillets mixtes qui mélangent ces deux structures. L’arrangement tétraédrique des liaisons du Calpha confère une structure plissée.
• Tours / coude : élements de structures 2R dans lesquels les carbones alpha de deux résidus d’AA séparés par un petit nbr de liaisons pept sont distants de moins de 0,7 nm. Ils sont classifiés en fct° du nbr de liaisons pept séparant les deux résidus considérés. Les plus courants sont les tours beta (séparés par 3 liaisons). Ils permettent l’inversion de la direction de la chaine polypeptidique. On distingue 2 gd type de tours beta : type 1 et type 2, qui diffèrent par l’orientation relative de la liaison pept entre le résidus i+1 et i+2. Les tours beta sont svt impliqués dans la juxtaposition des brins beta anti//. Les résidus les plus représentés dans ce stours sont la Pro (structure cyclique avec un angle phi fixe et impose la formation du touir beta) et Gly ( tres peu encombrante).
• Les boucles : plus longs que les tours beta et region tres peu structurée qui peut prendre pleins de formes diffs. Elles sont svt situées a la surface des prot, et participent freq à la formation des sites de liaison avec des ligand ou d’autres prot. Ces régions peuvent correspondre aux sites d’intéraction spé a des antigènes.

1. Les structures super-secondaires et motifs :

• Les structures super-secondaires sont des asso caract de qq éléments de structure secondaire, qui possèdent un arrangement géom particulier. Ce sont dc des orga de structure secondaires consécutives présentes localement ds de nbreuses prot diffs. Il existe un nbr restreint de motifs, dont certains st asso à une fct° spé : motifs hélice-boucle-hélice , épingle à cheveux beta, motif beta-alpha-beta,…
• Motif hélice-tour-hélice (HTH) : 2 hélice alpha anti// succéssives reliées par un tour beta  et dt les axes sont inclinés pour que leur chaine latérales établissent des liaisons énergétiques favo. Le motif HTH est un motif structural majeur de liaison à l’ADN. Une des hélices, l’hélice de reconnaissance, s’incère dans le sillon majeur de l’ADN et établit des liaisons H et des interact° de VDW avec les bases exposées, de façon séquence-spécifique. La seconde hélice stabilise ces intéract° (la première helice dans le sillon).