Structure des protéines,
Transcription, Traduction,
Code Génétique,
Mutations
Cours master de Physique Médicale
Barbe [email protected]
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