Chapitre 3 : Biochimie baccalauréat er
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Chapitre 3 : Biochimie Cours de biologie générale humaine – 1er baccalauréat Les protéines Chapitre 3 : Biochimie Les Protéines Définition < organisation dans l’espace de 1 ou plusieurs polypeptides adoptant une configuration particulière Polypeptides = chaînes élaborées à partir d’une série de 20 acides aminés différents. Les Protéines Définition Protéine fonctionnelle = 1 ou +sieurs polypeptide(s) pliés et enroulés pour créer une molécule de forme unique. Conformation tridimensionnelle < séquence des aa. Les Protéines Définition < configuration tridimensionnelle unique < capacité de reconnaître une autre molécule et de s’y lier. Les Protéines Les acides aminés Définition = molécule organique avec au centre 1 C asymétrique (Ca) où se fixent : - 1 groupement carboxyle 1 groupement amine 1 atome d’H 1 radical variable R (chaîne latérale) Les Protéines Les acides aminés Définition Les Protéines Les acides aminés La chaîne latérale Propriétés physiques et chimiques propres - Non polaire hydrophobe Polaire hydrophile Ionisée (acide ou basique) hydrophile Les Protéines Les acides aminés non polaires Méthionine Glycine Alanine Phénylalanine Leucine Met Gly Ala Phe Leu M G A F L Les Protéines Les acides aminés non polaires Valine Proline Tryptophane Isoleucine Val Pro Trp Ile V P W I Les Protéines Les acides aminés non polaires Les Protéines Les acides aminés polaires Sérine Thréonine Asparagine Glutamine Cystéine Tyrosine Ser Thr Asn Gln Cys Tyr S T N Q C Y Les Protéines Les acides aminés polaires Les Protéines Les acides aminés ionisés Acides : Ac. Aspartique Asp D Ac. Glutamique Glu E Basiques : Lysine Lys Arginine Histidine K Arg His R H Les Protéines Les acides aminés ionisés Les Protéines Les acides aminés La liaison peptidique < union du groupement carboxyle de l’1 avec le groupement amine de l’autre. AA1-COOH + NH2-AA2 AA1-CO-NH-AA2 + H2O Les Protéines Les acides aminés La liaison peptidique Les Protéines Les acides aminés La liaison peptidique Les Protéines Les acides aminés La liaison peptidique Polypeptide = polymère d’AA unis par des liaisons peptidiques. 2 - extrémités : N terminale : groupement amine (NH2) libre C terminale : groupement carboxyle (COOH) libre Les Protéines Les acides aminés La liaison peptidique Les Protéines Organisation structurale La structure primaire Les Protéines Organisation structurale La structure primaire Les Protéines Organisation structurale La structure primaire - Longueur variable (de qqs aa à plus d’1 millier) Les Protéines Organisation structurale La structure primaire - Spécificité séquence unique! Incroyable diversité avec 20 aa Ex : décapeptide 2010 possibilités > 30000 protéines différentes produites dans l’organisme. Les Protéines Organisation structurale La structure primaire = séquence d’acides aminés (ordre des lettres d’1 mot) Non aléatoire Codée par l’information génétique Les Protéines Organisation structurale La structure primaire séquence d’aa caractéristique de chacune de ses chaînes polypeptidiques Différentes techniques pour déterminer cette séquence Les Protéines Organisation structurale La structure primaire Les protéines peuvent être constituées soit d’1 seul polypeptide, soit de l’association de 2 ou +sieurs chaînes polypeptidiques unies par des liens covalents (ex : ponts disulfures). Les Protéines Organisation structurale La structure primaire Certains polypeptides contiennent 1 groupe non polypeptidique intégré à la chaîne = groupe « prosthétique ». Ex : myoglobine Les Protéines Organisation structurale La structure primaire Myoglobine < polypeptide associé à un hème (molécule organométallique capable de se combiner à l’O2 pour le transporter). Les Protéines Organisation structurale La structure primaire Myoglobine Hème Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire = configuration régulière unique adoptée par une partie du squelette polypeptidique : enroulement ou repliement répétitif de certains segments. < liaisons internes non covalentes, en majorité liens H le long de la chaîne polypeptidique Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire Liens H < -H sur le groupement amine (N-H) < =O sur le groupement carboxyle (C=O) Nombreuses liaisons faibles Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire feuillet bêta < 2 (ou +sieurs) régions de la même chaîne qui se déploient côte à côte dans le même plan grâce à des liens H entre les 2 structures, soit //, soit anti// (plus stable). Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire feuillet bêta Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire feuillet bêta Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire feuillet bêta Les Protéines Feuillet plissé b parallèle Feuillet plissé b anti-parallèle Les Protéines La fibroïne de la soie (larve de bombyx) est constituée de chaînes polypeptidiques arrangées en feuillet b plissés antiparallèles. Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire Hélice alpha = structure en bâtonnet enroulement maintenu par des liens H tous les 3,6 aa. Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire hélice alpha Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire hélice alpha Les Protéines Organisation structurale La structure secondaire Les Protéines Organisation structurale La structure tertiaire Les Protéines Organisation structurale La structure tertiaire Les Protéines Organisation structurale La structure tertiaire < interactions entre les chaînes latérales (radicaux R) forme globale Interactions Liens hydrophobes – force de VDW H Liaisons ioniques Ponts disulfures Les Protéines Organisation structurale La structure tertiaire Les Protéines Organisation structurale La structure tertiaire Les Protéines Organisation structurale La structure tertiaire ponts disulfures Les Protéines Organisation structurale La structure quaternaire = organisation spatiale d’une protéine associant plusieurs sous-unités macromolécule fonctionnelle. < interactions entre les sous-unités (lien H, ponts disulfures, forces de VDW) Les Protéines Organisation structurale La structure quaternaire La chaîne d’aa (structure primaire) de la protéine se replie donc sur elle-même pour former une structure : - soit fibreuse : longue spirale faite exclusivement de feuillet b ou d’hélice a câbles résistants - soit globulaire : masse compacte Les Protéines Organisation structurale La structure quaternaire Les Protéines Organisation structurale La structure quaternaire Exemple de l’hémoglobine = protéine globulaire < 4 sous-unités : - 2 sous-unités a identiques - 2 sous-unités b identiques Existence d’un groupe prosthétique (hème) portant un ion fer qui se lie à l’O2. Les Protéines Organisation structurale La structure quaternaire - Exemple de l’hémoglobine 2 chaînes 2 chaînes b Les Protéines Organisation structurale - résumé Les Protéines Organisation structurale Importance de la structure primaire Certaines modifications d’aa n’altèrent pas la fonction protéique, mais dans certains cas, cela perturbe la conformation tridimensionnelle avec perte de fonction. Exemple : anémie falciforme Les Protéines Organisation structurale Importance de la structure primaire Exemple : anémie falciforme < substitution du 6ème aa de la sous-unité b de l’hémoglobine: Acide glutamique (hydrophile) Valine (hydrophobe) Les Protéines Organisation structurale Importance de la structure primaire Exemple : anémie falciforme Hémoglobine normale (chaîne b) Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala-Leu-Try-Gly-Lys-ValAsp-Val-Asp-Glu-Val-Gly-Gly-Glu-Ala-Leu-Gly-Arg-Leu-Leu-Val-Val-TyrPro-Try-Thr-Glu-Arg-Phé-Phé-Glu-Ser-Phé-Gly-Asp-Leu-Ser-Thr-Pro-AspAla-Val-Met-Gly-Asp-Pro-Lys-Val-Lys-Ala-His-Gly-Lys-Lys-Val-Leu-GlyAla-Phé-Ser-Asp-Gly-Leu-Ala-His-Leu-Asp-Asp-Leu-Lys-Gly-Thr-Phé-AlaThr-Leu-Ser-Glu-Leu-His-Cys-Asp-Lys-Leu-His-Val-Asp-Pro-Glu-Asp-PhéArg-Leu-Leu-Gly-Asp-Val-Leu-Val-Cys-Val-Leu-Ala-His-His-Phé-Gly-LysGlu-Phé-Thr-Pro-Pro-Val-Glu-Ala-Ala-Tyr-Glu-Lys-Val-Val-Ala-Gly-ValAla-Asp-Ala-Leu-Ala-His-Lys-Tyr-His Hémoglobine anormale (drépanocytose ) Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala-Leu-Try-Gly-Lys-ValAsp-Val-Asp-Glu-Val-Gly-Gly-Glu-Ala-Leu-Gly-Arg-Leu-Leu-Val-Val-TyrPro-Try-Thr-Glu-Arg-Phé-Phé-Glu-Ser-Phé-Gly-Asp-Leu-Ser-Thr-Pro-AspAla-Val-Met-Gly-Asp-Pro-Lys-Val-Lys-Ala-His-Gly-Lys-Lys-Val-Leu-GlyAla-Phé-Ser-Asp-Gly-Leu-Ala-His-Leu-Asp-Asp-Leu-Lys-Gly-Thr-Phé-AlaThr-Leu-Ser-Glu-Leu-His-Cys-Asp-Lys-Leu-His-Val-Asp-Pro-Glu-Asp-PhéArg-Leu-Leu-Gly-Asp-Val-Leu-Val-Cys-Val-Leu-Ala-His-His-Phé-Gly-LysGlu-Phé-Thr-Pro-Pro-Val-Glu-Ala-Ala-Tyr-Glu-Lys-Val-Val-Ala-Gly-ValAla-Asp-Ala-Leu-Ala-His-Lys-Tyr-His Les Protéines Organisation structurale Importance de la structure primaire Exemple : anémie falciforme Globules rouges normaux Globules rouges anormaux (anémie falciforme) Les Protéines Organisation structurale Importance de la structure primaire Exemple : anémie falciforme Hb moins soluble cristallisation si O2 déformation de GR en faucille Crises douloureuses < microthrombi Les Protéines Organisation structurale Importance de la structure Primaire Exemple : Anémie falciforme Hb normale Les Protéines Organisation structurale Importance de la structure primaire Exemple : Anémie falciforme Hb anormale Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Formation spontanée dans des conditions basales, mais influence des conditions physiques et chimiques. Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle - pH - concentration en sels - température - agents chimiques … Dénaturation et perte de fonction Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Dénaturation = désorganisation de la structure spatiale sans rupture des liaisons peptidiques Chaîne dépliée. Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Dénaturation Agents physiques - température : agitation thermique rupture des liaisons faibles (H) - pH : D° des charges portées altération des liaisons ioniques et H Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Dénaturation Agents chimiques - chaotropiques (ex : urée) : fragilisation des liens H - réducteurs (ex : mercaptoéthanol) : rupture des liens SS Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Dénaturation Agents chimiques - bases et acides : changement de pH - détergents et solvants : D° des interactions avec le solvant aqueux Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Dénaturation Les Protéines Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Rôle des chaperonines = protéines favorisant le repliement adéquat d’autres protéines Elles protègent (par isolement) les protéines pendant leur phase de repliement naturel contre les influences de l’environnement. Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Rôles des chaperonines complexe multiprotéique, en cylindre creux pour abriter les polypeptides en train de se replier. Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Rôles des chaperonines Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Rôles des chaperonines Exemple : la maladie de la « vache folle » < prion (= particule infectieuse) Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Rôles des chaperonines Le seul défaut de cette protéine réside dans un mauvais repliement. Les Protéines Organisation structurale Déterminant de la conformation tridimensionnelle Rôles des chaperonines Exemple : la maladie de la « vache folle » < prion Dégénérescence « spongiforme » du tissu nerveux, entraînant chez l’homme une démence d’évolution rapidement mortelle. Les Protéines Modifications covalentes des protéines 1. Découpage (protéolyse) activation / inactivation Ex : Plasminogène Plasmine t-PA fibrinolyse (Actilyse®) Les Protéines Modifications covalentes des protéines 2. Phosphorylation (phosphoprotéines) régulation De nombreuses enzymes et récepteurs sont mis en position "actif" ou "non-actif" par une phosphorylation ou une déphosphorylation. Les Protéines Modifications covalentes des protéines 3. Glycosylation (glycoprotéines) O Glycosylation sur sérine ou thréonine N glycosylation sur asparagine Glycoprotéines ou protéoglycanes adressage, glycocalyx de la surface cellulaire Les Protéines Modifications covalentes des protéines 4. Acylation = couplage à des acides gras (lipopotéines) ancrage membranaire, transport des lipides. Myristoylation en N terminal sur une glycine Palmitoylation en interne ou N terminal sur une cystéine Les Protéines Principales fonctions des protéines 1. Structure 2. Régulation (les hormones) 3. Mouvement 4.Transport de molécules 5. Immunité 6. Récepteur et transporteur membranaire 7. Métabolisme (les enzymes) Les Protéines Principales fonctions des protéines Structure Les protéines peuvent former des fibres ou des tubes qui peuvent s'assembler pour former des structures solides. 1. Les Protéines Principales fonctions des protéines 1. Structure Ex : le collagène forme la peau (derme), les tendons, les ligaments, l'armature des os, etc. Les Protéines Principales fonctions des protéines 1. Structure Ex : la kératine forme les ongles, la couche cornée de la peau, les plumes, les écailles, les sabots, etc. Les Protéines Principales fonctions des protéines Structure Ex : le cytosquelette 1. Les Protéines Principales fonctions des protéines 2. Régulation (les hormones) La plupart des hormones sont des protéines comme l’insuline et le glucagon régulation du glucose sanguin. Les Protéines Principales fonctions des protéines 2. Régulation (les hormones) Les Protéines Principales fonctions des protéines 2. Régulation (les hormones) Les Protéines Principales fonctions des protéines 3. Mouvement La contraction des cellules musculaires < interaction entre l’actine et la myosine Les Protéines Principales fonctions des protéines 3. Mouvement Les Protéines Principales fonctions des protéines 3. Mouvement Les Protéines Principales fonctions des protéines 4.Transport de molécules - Spécifique (transferrine) Aspécifique (albumine) Les Protéines Principales fonctions des protéines 5. Immunité Les Protéines Principales fonctions des protéines 6. Récepteur et transporteur membranaire Les Protéines Principales fonctions des protéines 6. Récepteur et transporteur membranaire Les Protéines Principales fonctions des protéines 6. Récepteur et transporteur membranaire Les Protéines Principales fonctions des protéines 7. Métabolisme (les enzymes) Les Protéines Principales fonctions des protéines 7. Métabolisme (les enzymes) Enzyme = catalyseur biochimique spécifique favorise une réaction chimique. !! Une enzyme donnée ne peut catalyser qu’une réaction chimique bien précise !! Les Protéines Principales fonctions des protéines 7. Métabolisme (les enzymes) Mode d’action : Conformation tridimensionnelle site de reconnaissance spécifique de substrat(s) site actif : réaction chimique spécifique libération de produit(s) Le site actif favorise la réaction chimique par son µenvironnement, sa conformation et son action catalytique propre Les Protéines Principales fonctions des protéines 7. Métabolisme (les enzymes) l’enzyme n’est pas modifiée par la réaction chimique qu’elle catalyse elle peut servir à nouveau immédiatement! Les Protéines Principales fonctions des protéines 7. Métabolisme (les enzymes) Modulation de son activité : l’enzyme est très sensible à la chaleur ou à l’acidité qui la déforment et la rendent inactive (dénaturation). Les Protéines Principales fonctions des protéines 7. Métabolisme (les enzymes) Modulation de son activité : Inhibition compétitive Inhibition non compétitive Les Protéines Principales fonctions des protéines 7. Métabolisme (les enzymes) Modulation de son activité : Modulation allostérique : fixation d’un activateur ou d’un inhibiteur en dehors du site actif modification de la configuration tridimensionnelle de l’enzyme. Les Protéines Alimentation Les acides aminés nécessaires à la synthèse des protéines d’un organisme < digestion des protéines alimentaires (apport quotidien de 30 à 90 g) < recyclage des acides aminés provenant de la dégradation de protéines endogènes Les Protéines Alimentation Sur les 20 aa ≠, 8 sont « essentiels » uniquement puisés dans l’alimentation variée - Tryptophane - Lysine - Méthionine - Phénylalanine - Thréonine - Valine - Leucine - Isoleucine Les Protéines Alimentation Régime pauvre en protéine Autodigestion (musculaire) Régime hyperprotéiné Surplus transformé en graisses Les Protéines Alimentation
