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Structure des protéines,

Transcription, Traduction,

Code Génétique,

Mutations

Cours master de Physique Médicale

Barbe Sophiebarbe@lbpa.ens-cachan.fr

Les protéines

catalyse enzymatique

transport et stockage d’autres molécules

contrôle de l’entrée et de la sortie de petites molécules

transport des messages d’une cellule à une autre

intégration de signaux

mouvement

protection immunitaire

transmission nerveuse

contrôle de la différenciation cellulaire …

Interviennent dans :

Plan du cours I- Structure des protéines

II- Synthèse des protéines

A- Transcription (ADN ARN) Chez les Procaryotes Chez les Eucaryotes

B- Code génétique

C- Traduction (ARN Protéine) Chez les Procaryotes Chez les Eucaryotes

D- Modifications post-traductionnelles

III- Mutations

STUCTURE DES PROTEINES

Structure des protéines

Structure des protéines

Groupements fonctionnels des chaînes latérales R :

• alcool Iaire : -CH2OH Sérine

• alcool IIaire : -CHOH- Thréonine

• thiol : -SH Cystéine

• phénol : Tyrosine

• acide carboxylique : -COOH Acide aspartique Acide glutamique

• amine : -NH2 Lysine Arginine

OH

Les 20 acides aminés naturels

Les 20 acides aminés naturels

e

Les 20 acides aminés naturels

Arg R

Les 20 acides aminés naturels

-

-

Arginine-C(=NH2+)NH2

Les acides aminés

Les aa possédant un carbone asymétrique ont deux isomères optiques (énantiomères) possibles :

L’isomère dont la fonction amine est orientée à gauche appartient à la série L.

Tous les aa des protéines des animaux et des végétaux appartiennent à la série L. On trouve cependant quelques aa de la série D chez les microorganismes.

Structure des protéines

Liaison peptidique

Structure des protéines

MetLeu

Asp Tyr

Structures de la protéine

On distingue 4 types de structures de complexité croissante pour caractériser une protéine :

Structure primaire

Traduction Transcription

Structure primaire

Structure secondaire

La structure secondaire est caractérisée par des motifs structuraux (hélice ,

feuillet …) dont la propriété principale est de stabiliser la structure de la

protéine par un caractère répétitif de liaisons hydrogènes intramoléculaire

Structure secondaire : Hélice

Hélice droiteConformation repliée impliquant des liaisons hydrogènes répétitives entres atomes de la chaîne principale (NH et CO) des résidus i et i+4

Structure secondaire : Hélice

Hélice droite

Structure secondaire : Feuillets

Le module de base est le brin dont la conformation est très étendue

Cette conformation n’est pas stable si elle est isolée car aucune liaison H. Elle n’est stable que dans des feuillets , dans lesquels les liaisons H s’établissent entre les CO et NH deux brins différents soit parallèles soit antiparallèles

Structure secondaire : Feuillets

Feuillets parallèles

Structure secondaire : Feuillets

Feuillets antiparallèles

Structure secondaire : Feuillets

Feuillet de 4 brins antiparallèlesFeuillet antiparallèle

Feuillet parallèle

Structure secondaire : Coude (ou Tour)

Le coude permet une inversion de direction de la chaîne principale

Structure secondaire : Boucle

Séquences plus longues que pour les coudes : plus de 4 résidus

Peuvent alors prendre un plus grand nombre de conformations que les coudes

Ces boucles connectent généralement des hélices entre elles, ainsi que des

hélices avec des brins , ou encore deux brins n'appartenant pas au même

feuillet.

Structure tertiaire

La structure tertiaire décrit le repliement dans l’espace des différents motifs

de structures secondaires en une architecture et une topologie particulière

ainsi que l’orientation des différents radicaux d’aa.

Structure tertiaire

La structure tertiaire est stabilisée par : des liaisons covalentes : les ponts disulfures des liaisons hydrogènes des liaisons ioniques des liaisons hydrophobes des interactions de Van der Waals

Liaison ioniqueLiaison

hydrogène

Forces d’attraction de Van der Waals entre les atomes (en noir) en contact

Pont disulfure

Structure tertiaire : Domaines

Domaine

Partie de la séquence d’une chaîne protéique qui se replie en structure

tertiaire compacte, indépendamment du reste de la chaîne .

Quasiment toutes les grosses protéines sont composées de plusieurs

domaines souvent associés à des fonctions précises.

Les domaines sont reconnaissables à leur repliement (fold) qui est décrit par

l’architecture et la topologie :

La disposition des éléments de structures secondaires est unique

(ou très proche) dans une architecture donnée.

Ceci ne signifie pas que les éléments secondaires sont identiques,

ni en séquence, ni en taille, ni en connexion (topologie) entre eux.

Par contre, on reconnaît une architecture déterminée.

La topologie définit le mode de connexion entre les éléments de structures

secondaires

Structure tertiaire : Domaines

Structure tertiaire : Domaines

Exemple : le repliement A est différent du repliement B, bien que leur architecture soit la même

Structure tertiaire : Domaines

Domaines en faisceau (en fagot)

Hélices particulièrement grandes et de tailles semblables assemblées de

façon quasi antiparallèle avec des connexions courtes en coude entre chaque

hélice. La stabilisation des interactions entre hélices se fait essentiellement par

des liaisons hydrophobes.

Un des domaines de la Sérine-tRNA synthétase : 2 hélices

Un des domaines de l’apolipophorine : 5 hélices

Endotoxine Bacillus thurigensis

Structure tertiaire : Domaines

Domaines en faisceau (en fagot)

1- Une face de chaque hélice est tournée vers l'extérieur, l'autre vers l'intérieur

2- Le compactage se fait autour d'un coeur qui a le diamètre de 2 résidus

3- L‘ empaquetage est compact, avec le même nombre de contacts inter-hélice

pour chaque hélice

4- L'empaquetage est sensiblement sphérique (hélices de taille comparable)

Structure tertiaire : Domaines

Domaines compacts

Structure tertiaire : Domaines

Domaines compacts

3 hélices (angle -50°)Protéine de segmentation

des embryons 

4 hélicesDomaine OCT1 de POU

3 hélices (angle 20°) Récepteur de la phéromone

d’appariement sexuel chez les ciliés

Structure tertiaire : Domaines

Domaines compacts

7 hélicesLysozyme

Structure tertiaire : Domaines

Hélices de brins

Les brins peuvent s'organiser en feuillets qui s'enroulent eux-mêmes en hélices

Elles peuvent contenir deux ou trois brins par tour.

Elles peuvent former des hélices gauche ou droite.

Hélice droite à 2 brins/tour Brins en feuillets parallèles

Hélice gauche à 3 brins/tour Brins en feuillets parallèles

Structure tertiaire : Domaines

Tonneaux

Maltose perméase n=18

Chimotrypsine n=6

Structure tertiaire : Domaines /

Tonneaux /Des brins parallèles et consécutifs sont rassemblés en tonneaux et sont

connectés par l'intermédiaire d'une hélice selon un enroulement droit, ce qui

impose que les hélices soient à l'extérieur du tonneau.

8 brins, environ 200 aa

Structure quaternaire

La structure quaternaire décrit les interactions entre plusieurs chaînes

polypeptidiques ayant chacune une structure tertiaire indépendante.

Chaîne polypeptidique : sous-unité appelée monomère

2 chaînes dimère

3 chaînes trimère….

Structure quaternaire Agencement dans l’ espace des monomères entre eux

La structure quaternaire est stabilisée par des liaisons interchaînes :

des liaisons covalentes : les ponts disulfures

des liaisons hydrogènes

des liaisons ioniques

des liaisons hydrophobes

des interactions de Van der Waals

Structure quaternaire