Biologie fondamentale C éi i i i C- les protéines Dominique Rainteau
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Biologie fondamentale Les Molécules du vivant Première partie : de l’atome à la molécule . Philippe Karoyan Deuxième partie : les biomolécules du compartiment sanguin A- L’eau. A L’ J ëll Masliah Joëlle M li h B- les ions du compartiment plasmatique Joëlle Masliah C les protéines Céi Dominique i i Rainteau i D- les lipides Joëlle Masliah E- les glucides Jean Pierre Tresca yg Jean Pierre Tresca F- l’oxygène DR 9 septembre 2010 1 Introduction : de la fonction à la structure I. Les protéines du plasma Rappel II. La structure tridimensionnelle d’une protéine la sérum albumine les immunoglobulines III. La chaîne polypeptidique: la liaison peptidique IV. Les structures régulières: hélice a, feuillets b V L V. Les repliements li t de d la l chaîne h î polypeptidique l tidi les amino acides VI L Les enzymes Mécanisme d’une réaction enzymatique Le site actif La protéolyse ménagée Les isoenzymes DR 9 septembre 2010 Rappel Hydrophile Æ capable d’établir des interactions stabilisantes avec les molécules d’eau Æ liaisons hydrogène HOH H-O-H H-O-H molécule hydrophile liaison hydrogène liaison covalente Molécule hydrophile Æ capable d’établir des interactions stabilisantes avec les ions Æ liaisons ioniques q Na + Cl Na - + liaison ionique -COO COO - + + H3 N N- COO -COO - + H3 N N- liaison ionique q Cl Hydrophobe capable d’établir des interactions hydrophobes radical CH3 acide gras (huile) interaction hydrophobe Bilan liaisons H-O-H liaison hydrogène liaison covalente interaction hydrophobe Na + - liaison ionique Cl Force des liaisons interaction hydrophobe 4kJ liaison ionique 12kJ liaison hydrogène 20kJ li i liaison covalente l t 120kJ Les protéines solubles dans l’eau les protéines sont chargées ex: pH 7 -ooc-coo-coo+ H3N- -coo- -ooc+H 3N+H 3N- -NH3+ coo-coo-coo- -4 Æ les protéines peuvent être séparées par migration dans un champ électrique protéines p albumine immunoglobulines Les pprotéines établissent des interactions stabilisantes avec les molécules d’eau liaisons hydrogènes liaisons ioniques Électrophorèse des protéines du sérum la sérum albumine humaine protéine multifonctionnelle Maintien de la pression osmotique transporteur Æ capacité de se lier à des molécules hydrophobes Fortement F t t chargé h é négativement é ti t Æ attraction Na+ Æ maintien H2O Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ NH3+ Na+ Na+ Na+ Na+ -OOC Na+ Hypo albuminémie Æ oedème protéine-NH3+ protéine NH3+ + médicaments hormones acides biliaires … immunoglobuline est une protéine synthétisée par un animal en réponse à la présence d’une substance étrangère « antigène » Les immunuglobulines sont des protéines modulables IgG Ag antigène Ag Ag g complexe fixation d’un antigène sur Les boucles hypervariables domaine variable domaine constant Les protéines sont des polymères H NH2 - C - COOH R1 monomère Æ acide aminé la liaison peptidique est plane, rigide, polaire hélice α Structures régulières dans la structure tridimensionnelle hélice é ce α feuillet β liaisons hydrogènes feuillet β lles chaînes h î latérales l té l ddes aminoacides i id dans d la l structure t t tridimensionnelle t idi i ll sont capables de former des interactions et des liaisons Acides aminés à chaînes latérales capable de d’établir des interactions hydrophobes y p COOL H COO- M Interactions h d h b au hydrophobes coeur de la protéine I H NH3+ F Y W Acides aminés à chaînes latérales capable de d’établir des liaisons hydrogène y g liaison ionique liaison hydrogène H2N Liaisons hydrogènes à la surface de la protéine (en interaction avec les molécules de H2O + entre les l régions é i de d la l protéines pour stabiliser les repliements Acides aminés à chaînes latérales capable de d’établir des liaisons ioniques COOH NH3+ liaison ionique COO- + H+ NH2 + H+ Liaisons ioniques à la surface de la protéine (en interaction avec les molécules H2O et les sels + entre les régions de la protéine pour stabiliser les repliements Acides aminés à chaînes latérales capable de d’établir des liaisons covalentes Cystéines et pont disulfure Pont disulfure Cyst-34 oxydation cystine Albumine petite protéine globulaire 35 cystéines Æ17 ponts disulfure + Cys-34 thiol libre (activité enzymatique) Acide aminé capable de former des « coudes » coude proline liaisons peptidiques la fonction amine est incluse dans le cycle Æ blocage de l’angle Φ Æ formation f ti d’un d’ coude d dans d la l chaîne h î polypeptidique. l tidi Bilan: Il existe 20 acides aminés naturels entrant dans la composition des protéines On peut répartir les acides aminés selon la fonction de leur chaîne latérale à chaîne aliphatique : glycine, glycine alanine, alanine valine, valine leucine, leucine isoleucine, isoleucine méthionine, proline interactions hydrophobes à chaîne aromatique : phénylalanine, tryptophane, tyrosine liaisons hydrogènes y g à fonction alcool : sérine, thréonine, tyrosine à fonction thiol : cystéine y à fonction amide : glutamine, asparagine liaisons ioniques liaison covalente à fonction acide : acide glutamique, glutamique acide aspartique à fonction basique : histidine, lysine, arginine à fonction thiol : cystéine Æ pont disulfure N t iti Æ Acide Nutrition A id aminé i é essentiel ti l = non synthétisé théti é par l’homme l’h Protéines sont des polymères d’acides aminés liés par des liaisons peptidiques résumé la liaison peptidique est plane, rigide, polaire propriétés des C=O et N-H de la liaison peptidique (liaisons H) Æ les structures régulières (hélice α, feuillet β) liaison so ionique o que liaison hydrogène les repliements de la chaîne peptidique stabilisés par les interactions faibles (interaction hydrophobe, h drophobe liaison hydrogène, h drogène liaison ionique) et les liaisons covalentes ( pont disulfure) les protéines sont chargées ex: pH 7 -coo- -ooc+H 3N- -coo- -ooc- -coo-NH3+ coo- structure tridimensionnelle +H 3N+H 3N- -4 -coo-coo- interaction hydrophobe pont disulfure Æ les protéines peuvent être séparées par migration dans un champ électrique Introduction : de la fonction à la structure I. Les protéines du plasma II. La structure tridimensionnelle d’une protéine la sérum albumine les immunoglobulines III. La chaîne polypeptidique: la liaison peptidique IV. Les structures régulières: hélice α, feuillets β V L V. Les repliements li t de d la l chaîne h î polypeptidique l tidi les amino acides VI L Les enzymes Mécanisme d’une réaction enzymatique Le site actif La protéolyse ménagée Les isoenzymes VI Les enzymes SITE AC CTIF Les enzymes sont les catalyseurs du monde biologique. Ils sont capable de transformer une forme d’énergie en une autre. Ils se caractérisent par un extraordinaire pouvoir catalytique (stabilisation des états transitoires) et une extrême spécificité (site actif). Pratiquement tous les enzymes sont des protéines, capable de catalyser d réactions des é chimiques h très è diverses d en raison de d leur capacité à se lier spécifiquement à une très large gamme de molécules Principe d’une réaction enzymatique substrat état transitoire énergie librre G absence d’enzyme produit énergie lib bre G avec enzyme substrat complexe enzyme substrat produit le complexe enzyme-substrat stabilise l’état transitoire un enzyme catalyse une réaction en abaissant l’énergie d’activation Æ augmentation de la vitesse de la réaction Le site actif substrat + enzyme complexe enzyme substrat produits Site actif région de l’enzyme lieu des interactions avec le substrat Site de reconnaissance spécificité vis à vis du substrat Site catalytique ensemble des chaînes latérales des amino acides responsable de la réaction catalysée par l’enzyme Composition du site actif d’un enzyme chaînes latérales des acides aminés substrat site actif Site actif d’un enzyme Ensemble des chaînes latérales des acides aminés qui établissent des interactions avec le substrat Ces interactions permettent de reconnaître le substrat (spécificité) et de catalyser sa transformation en produit site actif d’un enzyme interactions responsables de la formation du complexe enzyme substrat et de la spécificité p de ce substrat et de l’efficacité de la catalyse y enzymatique y q Interactions faibles liaisons H liaisons ioniques + interactions hydrophobes Exemple enzymes protéolytiques Digestion des protéines essentiellement dans l’intestin grêle Enzymes trypsine, chymotrypsine, elastase, carboxypeptidase et aminopeptidase Hydrolyse polymère Æ monomères protéines (polypeptides Æ acides aminés ÅÆ hydrolyze de la liaison peptidique réaction catalysée site actif Asp102 His57 S195 Asp189 Trypsine 3 enzymes: trypsine, chymotrypsine, élastase Catalysent la même réaction Æ la coupure de la liaison peptidique 3 spécificités différentes p y y Val-Ile-Asp-Lys-Val-Ser-Leu-Phe-Gly-Ala-Met-Pro-Glu Spécificité Æ sites de coupures Un seul site catalytique Trois sites de reconnaissance spécifiques résumé de la réaction enzymatique d’une sérine protéase site actif site de reconnaissance site catalytique l i R interactions spécifiques enzyme substrat R R stabilisation de l’état transitoire enzyme disponible pour fixer un nouveau substrat R R La vie de la trypsine Entéropeptidase duodénale Qu'appelle-t-on protéolyse ménagée ? Sécrétion pancréatique Zymogène très faible activité (trypsinogène) NH2 Activation dans le duodénum clivage de la séquence libérant le site actif Med: pancréatite aigüe Lys (hexapeptide N term) S ACTION DE LA TRYPSINE SUBSTRAT une protéine mal repliée Inhibiteur des sérine-protéases dans le sérum protéine normale protéine mal repliée polymère toxique Mutation Æ protéine mal repliée Æ Absence de sécrétion de ll’alpha alpha-11 antitrypsine (α1AT) Æ Perte de fonction absence Æ perte de fonction Synthèse hépatique de l’alpha-1 antitrypsine (α1AT) Mutation Æ protéine mal repliée Æ formation de polymères toxiques Æ pathologies hépatiques graves pol mères toxiques polymères to iq es gain de fonction Résumé substrat énerg gie libre G Les enzymes y sont les catalyseurs y du monde biologique gq complexe enzyme substrat stabilisation des états transitoires diminution énergie d’activation produit protéolyse ménagée R R Lys (hexapeptide N term) NH2 extrême spécificité (site actif). capacité à se lier spécifiquement à une très large gamme de molécules Æ inhibition S Protéine mal replié Æ formation de polymères toxiques protéine normale protéine mal repliée polymère toxique mutation pathologie La séquence des acides aminés (I) est déterminée par le gène La séquence q des acides aminés ((I)) détermine la structure tridimensionnelle ((II)) Une structure tridimensionnelle (II) donnée est responsable d’une fonction spécifique (III) R R (III) (I) (II)
