1. Protéines CAHIER D`EXERCICES de BIOCHIMIE

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PAES
1. Protéines
CAHIER D'EXERCICES
de B I O C H I M I E
2010-2011
EDITE PAR LE DEPARTEMENT DE BIOLOGIE

Cahier d'Exercices de Biochimie / PAES Protéine / 2
Faculté de Médecine Pierre & Marie Curie
CAHIER D'EXERCICES POUR PAES
BIOCHIMIE
I . P R O T E I N E S
SOMMAIRE
Page
1. Techniques d'étude des protéines ........ 3
2. Structure des protéines .................. 5
3. Fonction des protéines ..…............ 7
4. Enzymologie ............................ 9
4.1 Généralités .......................... 9
4.2 Enzyme Michaëlien ................... 10
4.3 Enzyme Allostérique ................… 11
5. Problèmes de révision ....……......... 12
6. Extraits d’annales du concours : ……….. 18
Image de couverture :
Structure d'un cristal de BRCA2, une protéine déficiente dans des formes héréditaires de
cancer du sein (Science-13sep2002 : www.sciencemag.org)

Cahier d'Exercices de Biochimie / PAES Protéine / 3
Faculté de Médecine Pierre & Marie Curie
1. TECHNIQUES D’ETUDE DES PROTEINES
1.1 Filtration sur gel
PM
( kDa )
Ve
( ml )
bleu dextran*
1000
80
uréase
500
90
aldolase
150
115
sérum albumine
65
150
ovalbumine
45
170
chymotrypsinogène
25
190
En chromatographiant des protéines de poids
moléculaires connus sur une colonne de gel
filtration, on peut déterminer leur volume
d’élution (Ve) et tracer une courbe
d’étalonnage qui permet d’évaluer le poids
moléculaire d’une protéine inconnue.
Les données ci-contre sont utilisées pour
tracer la courbe d’étalonnage ci-dessous.
(* le bleu dextran est un polymère de haut PM)
lysozyme
14
200
Une protéine X, chromatographiée dans les mêmes conditions expérimentales, est éluée à un
volume d’élution de 130 ml.
a. Justifier l’ordre d’élution des protéines de PM connus.
b. Evaluer le PM de la protéine X.
Cette protéine X est ensuite analysée par électrophorèse SDS-PAGE, et on détecte une seule
bande correspondant à un PM apparent de 25 kDa.
Après traitement de la protéine X par un excès de β-mercaptoéthanol, la même analyse par
électrophorèse ne donne toujours qu’une seule bande à 25 kDa.
c. Sur quel principe est basée la détermination du PM apparent mesuré par
électrophorèse SDS-PAGE? En quoi diffère-t-il de la chromatographie par gel
filtration ?
d. Proposer une structure schématique pour la protéine X
e. La protéine X est un enzyme dont le substrat est le glucose.
Quel serait l’intérêt d’une colonne d’affinité glucose pour étudier un mélange de
protéines contenant la protéine X ?
1.2 Soit une protéine (A) oligomérique d’un poids moléculaire (PM) de 240 000 Daltons. Sa
structure quaternaire est étudiée par la détermination des poids moléculaires à l’issue de
divers traitements:
a. Traitement par le β-mercaptoéthanol 0,1M : donne uniquement des structures
protéiques d’un PM de 120 000 Da.
b. Traitement par l’urée 8M : donne uniquement des structures protéiques d’un PM de
80 000 Da.
20
30
50
70
200
300
500
700
Volume d’élution
PM
(kDa)

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B
C
D
E
A
c. Traitement par le β-mercaptoéthanol 0,1M et l’urée 8M : donne uniquement des
structures protéiques d’un PM de 40 000 Da.
• Quels sont les effets de ces différents traitements ?
• Ces résultats ont-ils été obtenus par gel-filtration ou SDS-PAGE ?
• Proposer un volume d’élution en gel filtration sur la colonne de l’exercice 1.1 de
la protéine (A) dans un tampon 0.1M β-mercaptoéthanol.
• Proposer un schéma de migration de la protéine (A) en SDS-PAGE.
• Quelle est la structure quaternaire de cette protéine ?
1.3 Expliquer et commenter ces affirmations.
a. Pour une valeur de pH supérieure à son pHi, une protéine porte toujours une charge
négative et pour une valeur de pH inférieure à son pHi, une protéine porte toujours
une charge positive.
Une solution contenant de l’albumine (pHi= 4,6), de la β-lactoglobuline (pHi = 5,2) et du
chymotrypsinogène (pHi= 9,5) est chargée sur une colonne de DEAE cellulose à pH 5,4.
(Le DEAE est une molécule chargée positivement)
La colonne est éluée par un gradient de NaCl de concentration croissante.
b. Proposer un ordre d’élution de la colonne pour ces protéines.
1.4 Influence du pH sur la conformation d’un peptide.
Le squelette peptidique est flexible. Il se replie de manière adéquate pour associer les résidus
chargés par des liaisons ioniques (dans cet exemple).
Ce peptide possède des conformations variables en fonction du pH.
A l’aide des valeurs de pKa des acides aminés données dans le tableau ci-dessous, attribuer
une des conformations proposées pour le peptide étudié, aux pH suivants :
pH 2 - pH 5,5 - pH 7 - pH 11 - pH 13
AA
pKa
chaîne extrémité
latérale terminale
Asp
3,9
Glu
4,1
His
6,0
Lys
10,5
Arg
11,5
C-terminal
4,2
N-terminal
10,6

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2. STRUCTURE DES PROTEINES
2.1 Citez le ou les acide(s) aminé(s) correspondant à chacune des propriétés suivantes :
a. sa chaîne latérale possède un atome de soufre, mais pas de groupement thiol.
b. possède un groupement α aminé substitué
c. sa chaîne latérale est aromatique et phosphorylable.
d. joue un rôle important dans le maintien de la structure des protéines par la capacité de
sa chaîne latérale à établir des liaisons covalentes réversibles par oxydoréduction.
e. est capable de former des liaisons H par l’intermédiaire de sa chaîne latérale.
f. est capable de former des liaisons ioniques par l’intermédiaire de sa chaîne latérale.
g. possède une chaîne latérale à fonction basique majoritairement non chargée à pH7.
h. sa chaîne latérale contient une fonction amide.
i. possède à pH7 un très fort excédent de charges (+).
2.2 Soient les peptides suivants :
( 1 ) V a l - Leu- M e t - T y r - P h e - G l y - Leu- A l a - T r p - G l y
( 2 ) A l a - V a l - G l u - A l a - Leu- A r g - Ile- V a l - G l u - S e r
a. Lequel de ces deux peptides présente la plus forte probabilité d’adopter une
conformation en hélice α?
b. Dans le peptide (2), l’acide aminé numéro 6 est muté en proline :
Quelles sont les conséquences pour la structure du peptide?
c. Quelles sont les conséquences du traitement à l’urée de ces deux peptides ?
d. Pourquoi les protéines transmembranaires ont-elles une proportion importante de
structure en hélice ?
e. Le peptide (2) possède des propriétés amphiphiles. Pourquoi ?
f. Ces peptides sont ils phosphorylables ? Justifiez votre réponse ?
2.3 Dans une protéine globulaire hydrosoluble, quels acides aminés dans la liste suivante :
méthionine, histidine, arginine, phénylalanine, valine, glutamine, acide glutamique, pensez
vous trouver :
a. à la surface de la protéine ?
b. à l’intérieur de la protéine ?
2.4 Le déroulement d'une hélice α s'accompagne d'une
diminution de son pouvoir rotatoire. L'acide
polyglutamique (Glu)n est en conformation d'hélice α à pH3.
Quand le pH augmente, le pouvoir rotatoire diminue. De la
même façon la polylysine (Lys)n est hélicoïdale à pH 10, mais
son pouvoir rotatoire décroît à pH acide.
Expliquez l'effet du pH sur la conformation de (Lys)n
et (Glu)n.
2.5 On dispose de 3 tripeptides de séquences connues :
1 : Leu-Asp-Leu
2 : Leu-Lys-Leu
3 : Asp-Leu-Lys.
a- On dépose un mélange de ces 3 peptides sur un gel
d’électrophorèse à pH 7 (sans SDS) et, après migration
et révélation, on observe le schéma ci-contre :
Compte tenu de la polarité indiquée, à quels
peptides correspondent les taches notées a, b et c ?
b- Le même mélange est analysé sur un gradient allant de
pH 3 à pH10.
a
c
b
dépôt