Chapitre I: Les différentes classes de protéines
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Chapitre I: Les différentes classes de protéines Les protéines peuvent être classées sur la base de: ¾leur solubilité dans des solutions salines ¾leur forme ¾leur fonction biologique ¾leur mobilité électrophorétique ou leur coefficient de sédimentation ¾leur structure 3D Chapitre I: Les différentes classes de protéines I.1. Structures à domaine alpha ¾ Classe de structure la moins représentée Myoémérythrine ¾ Faisceaux d’hélices alpha reliées par des boucles ¾ Faisceaux de quatre hélices ou reploiement globine. myoglobine Sous-unité de la protéine Rop Protéine Rop 2 hélices alpha antiparallèles boucle de 3 acides aminés Dimère Faisceaux de 4 hélices Chapitre I: Les différentes classes de protéines Faisceaux de quatre hélices. Les hélices adjacentes dans la séquence et dans la structure 3D Chaînes latérales hydrophobes Chaînes latérales hydrophiles Les centres actifs sont localisés au centre du faisceau dans la zone hydrophobe Atome de fer Cytochrome b562 Myoémérythrine Chapitre I: Les différentes classes de protéines Reploiement globine ou pli de la globine 9 Faisceau différentes de 8 hélices, orientations 9 Entre 7 et 28 résidus 9 Hélices adjacentes dans la séquence pas forcément dans la structure 9 Conservation de la structure 3D dans différentes espèces avec homologie de séquences de 16 à 99% 9 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 ¾ 2ème plus grand groupe de structure ¾ Comprend des enzymes, des protéines de transport, les anticorps et des protéines d’enveloppe virale ¾ Brins bêta antiparallèles (4 à plus de 10) arrangés en 2 feuillets ¾ Structure en tonneau Superoxyde dismutase 8 brins β antiparallèles rubredoxin Superoxyde dismutase Région constant Région variable préalbumine des Ig Concanavaline A Chymotrypsine cœur hydrophobe Chapitre I: Les différentes classes de protéines 2 motifs « épingle à cheveux »: 12 possibilités pour feuillet bêta 4 brins ¾ Tonneau alterné ¾ Tonneau clé grecque ¾ Tonneau « gâteau roulé » Clé grecque 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 grippe Homotétramère 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 domaines 1 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 Diagramme topographique Enroulement de l’épingle autour du tonneau. Tous les brins bêta sont antiparallèles Chapitre I: Les différentes classes de protéines I.3. Structures alpha/bêta ¾ Structure de domaine la plus fréquente et la plus régulière ¾ Alternance de brins bêta et d’hélices alpha ¾ Motifs β−α−β (les brins béta sont parallèles) ¾ Feuillet central parallèle mixte entouré d’hélices alpha ou ¾ Présents dans toutes enzymes de la glycolyse transporteurs de métabolites les et Chapitre I: Les différentes classes de protéines 2 groupes Tonneau fermé Triose phosphate isomérase Feuillet tors ouvert Domaine de liaison des nucléotides déshydrogénases et kinases Chapitre I: Les différentes classes de protéines Motif β−α−β Structure fixe droite Tonneau fermé α/β β3 aligné adjacent à β2 Ordre des brins 1-2-3-4 Même orientation Hélices du même coté au dessus du feuillet Feuillet ouvert α/β β3 aligné adjacent à β1 Ordre des brins 4-3-1-2 Hélices des 2 cotés du feuillet 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 B-antiparallèle (116 à 223) Tonneau α/β (43 à 115) Site actif + fixation substrat Feuillet α/β ouvert (388 à 530) Structure de la pyruvate kinase 530 acides aminés Domaine N-ter (1 à 42) (édifice tétramèrique) Chapitre I: Les différentes classes de protéines Tonneau fermé α/β Feuillet ouvert α/β 3 Dans tonneau α/β, site actif crée par 8 boucles qui relient extrémités C des brins β et extrémités N des hélices α 4 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. Chapitre I: Les différentes classes de protéines I.4. Structures alpha + bêta Groupe restreint Feuillet β localisé dans zone restreinte du domaine tassé contre 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 alpha Classe alpha, reploiement globine Chapitre I: Les différentes classes de protéines La molécule d’hème est enfouie dans une poche hydrophobe D 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 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 L’hémoglobine est composée de 4 sous-unités de structure proche de celle de la myoglobine Chapitre I: Les différentes classes de protéines 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 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 Chapitre I: Les différentes classes de protéines 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 désoxyHb montrent 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 HbA Val 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 IV.5. Exemples de relations structure/fonction IV.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 ¾ Les mécanismes de défense non-spécifique ou immunité innée ou naturelle peau, muqueuses, acidité gastrique, cellules phagocytaires ou larmes ¾ 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 Chapitre I: Les différentes classes de protéines Les mécanismes de défense spécifique 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 ¾ 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 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 Chapitre I: Les différentes classes de protéines Antigène Réaction primaire (Première rencontre avec l’antigène) L’antigène se lie au récepteur membranaire d’un lymphocyte spécifique Prolifération pour former un clone Lymphoblastes B Plasmocytes Lymphocytes B mémoire Molécules d’anticorps sécrétées Réaction secondaire (Peut survenir des années plus tard ) Stimulation subséquente par le même antigène Clone de cellules identique aux premières cellules sensibilisées. Plasmocytes Lymphocytes B mémoire Molécules d’anticorps sécrétées Chapitre I: Les différentes classes de protéines 2 types de chaînes légères 5 types de chaînes lourdes Structure d’un anticorps Différents 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 Molécules Ig complètes cristallisent difficilement: flexibilité région charnière CH1-CH2 2 fragments Fab Lient antigènes Fragment Fc Fonctions effectrices 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 constant 7 brins Domaine variable 9 brins Chapitre I: Les différentes classes de protéines Spécificité des Ig déterminée par séquence et taille des régions CDR CDR1 (β2−β3) CDR2 (β3b-β3c) CDR3 (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 Association VH-VL et CH1-CL CDR proches forment site de liaison antigénique Chaîne légère Chapitre I: Les différentes classes de protéines Association CL-CH1 Résidus hydrophobes à l’interface Interactions entre les feuillets à 4 brins de CL et CH1 Chapitre I: Les différentes classes de protéines Association VL-VH Formation d’un tonneau Interactions entre les feuillets à 5 brins de VL et VH Chapitre I: Les différentes classes de protéines Structure d’une molécule d’Ig complète Interaction CH2-CH2: pas d’interaction protéine/protéine, association lâche par chaînes polysaccharidiques Interaction CH3-CH3: idem CL-CH1 (feuillet 4 brins) 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 [email protected]
