Niveaux d`organisation des protéines

CHMI 2227 F
Biochimie I
Protéines:
-Niveaux
d’organisation des protéines
-Conformation du groupe peptidique
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Niveaux d’organisation des
protéines

Quatre niveaux
d’organisation
caractérisent la
structure des
protéines
 Structure
primaire
 Structure secondaire
 Structure tertiaire
 Structure quaternaire
http://macromolecules.ucsf.edu/Lectures/Tanja%20Macromol_forces%202006.pdf
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Structure primaire

Correspond à la séquence d’acide aminés
formant la chaine polypeptidique ;

La structure primaire est une description
complète de toutes les liaisons covalentes
dans une chaîne polypeptidique ou de la
protéine;

Pour certaines protéines, la chaîne
polypeptidique est liée par des ponts
disulfures;

http://www.fiu.edu/~bch3033/Handouts/Lh4Ch04Prot.pdf
Par contre, aucune indication n’est donnée
quant à la position des acides aminés
dans l’espace
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Structure secondaire

Réfère à la structure spatiale
adoptée par des acides aminés
adjacents sur une portion
seulement de la protéine;

Les liaisons hydrogène jouent un
rôle important pour stabiliser les
conformations de structures
secondaires;

Les deux types principaux de
structure secondaire sont: l’hélice
alpha et le feuillet bêta;
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Structure tertiaire

Correspond a l’arrangement
spatial de l’ensemble de la
protéine;

Formée de l’ensemble des
structures secondaires
adoptée par les différentes
régions de la protéine;

Formée par une chaine
polypeptidique seulement;
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Structure quaternaire

Caractérisée par l’association de
plusieurs chaînes
polypeptidiques (identiques ou
différentes), formant une protéine
particulière (example:
hémoglobine);

La majorité des protéines ayant
une masse moléculaire plus
élevée que 50 000 Da consistent
de 2 monomères ou plus liés de
façon non-covalente;
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Protéines

La formation des différents niveaux supérieurs
(2°, 3° and 4°) d’organisation se fait de manière
précise;

Une protéine adopte généralement une seule
structure tertiaire parmi les très nombreuses
conformations possibles: c’est ce qu’on appelle
la conformation native de la protéine;

Pour maintenir la conformation native, plusieurs
forces faibles non-covalentes sont requises.
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Quelles forces déterminent la
structure?

Structure primaire:


Structure secondaire:


Liaisons covalentes;
Les liaisons d’hydrogène des
groupes peptidiques
prédominent;
Structure tertiaire et
quaternaire:

Liaisons hydrogène des
groupes R
 Interactions ioniques
 Interactions van der Waals
 Interactions hydrophobiques.
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Structure secondaire des protéines

L’élucidation des principales structures
secondaires des protéines ne fut que possible
suite à la compréhension de la structure de la
liaison peptidique;
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
La liaison peptidique est planaire!
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Conformation du groupe peptidique

Si la liaison
peptidique est
planaire, alors, les
deux atomes
impliqués dans la
liaison peptidique
ainsi que les quatre
substituants
(l’oxygene carbonyle,
l’hydrogene amide, et
les deux carbones α
adjacents) qui
forment le groupe
peptidique sont coplanaires
Groupe peptidique
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La liaison peptidique possède des structures
de résonance!
Liaison peptidique est
dessinée ayant une liaison
C-N simple
Liaison peptidique est
dessinée avec une liaison
C=N double
La structure réelle est mieux représentée par un
hybride des 2 structures de résonance. L’oxygène et
le carbone du groupe carbonyle ainsi que l’azote amide
se partagent les électrons. Le caractère partiellement
double de la liaison peptidique empêche la rotation
autour de la liaison C-N
Note: Le groupe peptidique est polaire car l’oxygène
carbonyle porte une fraction de charge négative et
l’azote amide une fraction de charge positive
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Configuration du groupe peptidique

Puisque la liaison peptidique a un caractère double
partiel, la configuration du groupe peptidique est limitée
à une des deux configuration possibles, soit la
configurationTrans ou Cis
Figure 3.25 Biochemistry 2001, Fifth Edition
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Configuration Cis du groupe
peptidique

Les carbones α sont situés
sur le même flanc de la
liaison peptidique et sont
plus proches l’un de l’autre;
O
Cα

L’interférence stérique entre
les chaines latérales portées
par ces deux carbones α
défavorise la configuration
cis par rapport a la
configuration trans, étirée.
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H
C
R1
N
Cα
R2
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ConfigurationTrans du groupe
peptidique


Les carbones α de deux
résidus d’acide aminé
successifs encadrent la
liaison peptidique et occupent
les coins opposés du
rectangle contenant le plan
du groupe peptidique
Ainsi, presque tous les
groupes peptidiques des
protéines sont dans la
configuration trans
R1
H
C
Cα
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N
Cα
O
R2
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Exceptions à la règle!




Figure 3.26 Biochemistry 2001, Fifth Edition
Configuration Cis existe
La configuration cis la plus commune est un lien X-Pro
10% des résidus de proline dans une protéine se trouvent
en configuration cis
Les liaisons impliquant l’azote imine de la proline dans la
configuration cis n’entraîne qu’à peine plus d’interférence
stérique que la configuration trans
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Angles Psi et Phi

La rotation est limitée autour du lien peptidique à cause du
caractère double partiel de la liaison

Cependant, la rotation est permise autour des liaisons entre le
groupe amino et le carbone α ainsi qu’entre le carbone α et le
groupe carbonyle puisqu’ils s’agit de liaisons simples

La rotation autour de la liaison N-Cα du groupe peptidique est
désigné Φ (phi) et celle autour de la liaison Cα-C est désigné Ψ
(psi)
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Angles Psi et Phi

Ces angles sont
définis par la position
relative des quatre
atomes de la chaîne
principale;

Les angles qui sont
dans le sens horaire
(clockwise) ont une
valeur positive et les
angles qui sont dans
le sens antihoraire
(counterclockwise) ont
une valeur négative;

Liaison
peptidique
Les angles de rotation
se situe entre -180° et
+180°
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Angles Psi et Phi

Les deux groupes peptidiques rigides adjacents
peuvent faire la rotation autour des liaisons NCα et Cα-C donnant lieu à plusieurs orientations;

Ces rotations sont restreintes par l’interférence
stérique ce qui limite les angles permissibles
 Interférence
entre les atomes de la chaîne principale
et les atomes de les chaînes latérales de résidus
adjacents;
 Interférence
entre les oxygènes carbonyles de
résidus adjacents
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Animation de la rotation Phi
Rotation Phi
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Animation de la rotation Psi
Rotation Psi
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Graphe de Ramachandran

Le biophysicien G. N.
Ramachandran a
construit un modèle de
peptides et a fait des
calculs pour déterminer
quelles valeurs de Φ et Ψ
sont stériquement
permises dans une
chaîne polypeptidique;


Les angles permissibles
sont les régions colorés
dans le graphique
Ramachandran Φ vs Ψ
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Graphe de Ramachandran


Les conformations de plusieurs types de
structures secondaires sont situées dans les
régions colorés du graphique
Les régions non colorés sont des angles qui ne
sont pas permissibles dû aux interférences
stériques
Figure 3.28 Biochemistry 2001, Fifth Edition
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