CHMI 2227E Biochemistry I

CHMI 2227F
Biochimie I
Protéines:
-Structure
secondaire
-Hélice alpha
CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.
1
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;
http://www.fiu.edu/~bch3033/Handouts/Lh4Ch04Prot.pdf

Les deux types principaux sont:
l’hélice alpha et le feuillet bêta
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2
Hélice Alpha

L’hélice α a été proposé en 1950 par Linus
Pauling et Robert Corey;

Ils ont considéré les dimensions des groupes
peptidiques, les contraintes stériques possibles
ainsi que la possibilité de stabilisation par
formation de liaisons hydrogène;

Leur modèle explique très bien la structure
observée dans la protéine fibreuse appelée αkératine;
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Hélices de pas droit et gauche

Une hélice α pourrait être
aussi bien droite que
gauche, mais, construite
avec des acides aminés
L, la conformation gauche
est déstabilisée par une
interférence stérique;

Alors, les hélices α
présentes dans les
structures protéiques sont
presque toujours droites
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Structure Hélice Alpha

La chaîne
polypeptidique
s’enroule sur ellemême, formant
une hélice droite
d’un pas de
0.56nm (pas =
allongement par
tour), un
incrément de
0.15nm par résidu
d’acide aminé avec
3.6 résidus par
tour
http://www.ccrc.uga.edu/~dmohnen/bcmb3100/lecturenoteschap4-06-4slides.pdf
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Importance de la polarité de la liaison
peptidique pour former des liaisons H
dans la structure de l’helice α

À Noter: La liaison
peptidique est polaire!

L’oxygène carbonyle porte
une fraction de charge
négative et peut servir
comme accepteur d’H
dans une liaison H

L’azote amide a une
fraction de charge positive
et le groupe NH peut servir
comme donneur d’H dans
une liaison H
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Les liaisons hydrogène de l’hélice
alpha

Chaque oxygène carbonyle (résidu n) de la chaîne
polypeptidique sera impliqué dans un pont H avec
l’atome d’H de l’azote de la chaîne polypeptidique situé
4 acides aminés vers le C-terminal (résidu n + 4);

Ces liaisons d’H semblent “barrées” la rotation autour
des liaisons N-Cα et Cα-C ce qui restreint les angles Φ
et Ψ à un écart très étroit
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Les liaisons hydrogène de l’hélice
alpha

Une vue de côté
de l’hélice alpha
qui montre les
liaisons H (lignes
pointillées) entre
les groupes NH
et CO
Molecular Biology of the Cell, 4th
Edition
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Angles Psi et Phi pour l’hélice alpha

Les angles Φ et Ψ de
chacun des résidus dans
l’hélice α sont similaires.
Les angles se retrouvent
aux valeurs Φ -57° et Ψ
-47° dans le graphe de
Ramachandran;

Les valeurs similaires des
angles phi et psi donnent
l’hélice α sa structure
régulière et répétitive
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Liaison H intérieures à l’hélice

Les liaisons H entre les résidus d’acide aminés
sont très stables particulièrement dans les
régions hydrophobes du coeur des protéines
où aucune molécule d’eau n’entre en
compétition avec les liaisons hydrogène;

Dans une hélice α, tout les groupes carbonyles
pointent vers le C-terminal. Puisque chaque
groupes peptidiques sont polaires et que tout
les liaisons H pointent dans la même direction,
l’hélice entière est un dipôle ayant un Nterminal positif et un C-terminal negatif
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Conformation helice alpha

Les chaînes latérales R sont projetées vers
l’extérieur de l’hélice
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ap4-06-4slides.pdf
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Stabilité de l’hélice alpha

La stabilité de l’hélice α est affectée par l’identité des
chaînes latérales:

Répulsion électrostatique entre les acides aminés éloigné de 4
résidus possédant des groupes R de même charge (déstabilise)

Encombrement stérique entre les groupes R adjacents
(déstabilise)


Exemple: acides aminés aromatiques
Interactions (électrostatique ou hydrophobes) entre les groupes R
espacés de 3 à 4 acides aminés (stabilise)

Exemple: acide aminé chargé positivement situé 3 à 4 acide aminé d’un
acide aminé chargé négativement

Présence d’un résidu proline: ceci déstabilise l’hélice α car la
rotation N-Cα est impossible

Présence de glycine
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Résidus d’acides aminés qui
forment l’hélice alpha

Quelques acides aminés sont retrouvés plus souvent dans
l’hélice α puisqu’ils stabilisent la structure hélicoïdale:

Ala: petit groupe R non chargé s’adapte très bien dans la
conformation de l’hélice

Tyr/Asn: Groupes R encombrants alors ils sont moins commun

Gly: Groupe R est un atome d’H et déstabilise la structure puisque
la rotation autour du Cα est libre


Pour cette raison, plusieurs hélices débute ou termine avec Gly
Pro: résidu le moins commun dans l’hélice α parce que sa chaîne
latérale est cyclique et rigide ce qui interrompre la structure en
occupant l’espace dont le résidu adjacent aurait autrement occupé
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L’hélice alpha peut être amphipathique

Plusieurs hélices α ont des
acides aminés hydrophiles
sur un côté du cylindre et
des acides aminés
hydrophobes sur la face
opposée (amphipathique);

Ce phénomène est plus
évident lorsqu’on regarde la
séquence d’acides aminés
dessinée sous forme de
spirale qui s’appelle une
roue hélicale (helical wheel)
http://web.chemistry.gatech.edu/~williams/bCourse_Information/6521/p
rotein/secondary_structure/alpha_helix/down/wheel.gif
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Hélices amphipathique sur la surface des
protéines

Des hélices amphipathiques
sont souvent localisés à la
surface des protéines ayant
les chaînes latérales
hydrophiles qui pointent vers
le solvant et les chaînes
latérales hydrophobes qui
pointent vers l’intérieur
hydrophobe;

Dans cette image, les résidus
hydrophobes sont en bleu
(vers l’intérieur) et les résidus
hydrophiles sont en rouge
(vers l’extérieur)
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Double hélice “coiled coil”

Deux hélices α
amphipathiques
peuvent interagir pour
produire une structure
double hélice ou
“coiled-coil” où deux
hélices s’entrelaçent
avec leurs régions
hydrophobes qui se
touchent et leurs
régions hydrophiles
exposés au solvant;
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Structure double hélice “Coiled
Coil”: Exemple

Une structure commune
chez les protéines liant
l’ADN (“DNA-binding
protein”) est le “leucine
zipper”;

Deux hélices
interagissent avec leurs
régions hydrophobes
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Structure double hélice: kératine alpha

Kératine α est une protéine retrouvé dans les ongles et les cheveux;

Deux molécules de kératine α s’entrelacent pour former une double
hélice. Ces deux hélices sont maintenues ensemble via des ponts
disulfures: ce type de structure qui ressemble à celle d’une corde,
augmente considérablement la résistance de ces molécules;

Les doubles hélices vont se pairer à d’autres doubles hélices formant
d’abord des protofilaments, puis des protofibrilles. Quatre
protofibrilles s’associent alors pour former un filament de kératine
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