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)