C-les protéines Dominique i Rainteau

Transcription

1 Biologie fondamentale Les Molécules du vivant Première partie : de l atome à la molécule. Philippe Karoyan Deuxième partie : les biomolécules du compartiment sanguin A- L eau. Joëlle Masliah B- les ions du compartiment plasmatique Joëlle Masliah C-les protéines Dominique i Rainteau D- les lipides Joëlle Masliah E- les glucides Jean Pierre Tresca F- l oxygène Jean Pierre Tresca DR 9 septembre

2 Introduction : de la fonction à la structure I. Les protéines du plasma Rappel II. La structure tridimensionnelle d une protéine la sérum albumine les immunoglobulines III. La chaîne polypeptidique: la liaison peptidique IV. Les structures régulières: hélice a, feuillets b V. Les repliements de la chaîne polypeptidique les amino acides DR 9 septembre 2010 VI Les enzymes Mécanisme d une réaction enzymatique Le site actif La protéolyse ménagée Les isoenzymes

3 Rappel Hydrophile capable d établir des interactions stabilisantes avec les molécules d eau liaisons hydrogène H-O-H H molécule hydrophile H-O-H liaison hydrogène liaison covalente

4 Molécule hydrophile capable d établir des interactions stabilisantes avec les ions liaisons ioniques Na + Cl Na + - Cl liaison ionique -COO - + H3N- -COO - + H3N- + liaison ionique

5 Hydrophobe capable d établir des interactions hydrophobes radical CH3 acide gras (huile) interaction hydrophobe

6 Bilan liaisons H-O-H liaison hydrogène interaction hydrophobe liaison covalente Na + - liaison ionique Cl Force des liaisons interaction hydrophobe 4kJ liaison ionique 12kJ liaison hydrogène 20kJ liaison i covalente 120kJ

7 Les protéines solubles dans l eau les protéines sont chargées ex: ph 7 - ooc- + H 3 N- - ooc- -coo - -coo - -NH + -coo - 3 coo - + H 3 N- -coo - -coo - + H 3 N- -4 les protéines peuvent être séparées par migration dans un champ électrique protéines Les protéines établissent des interactions stabilisantes avec les molécules d eau liaisons hydrogènes liaisons ioniques albumine Électrophorèse des protéines du sérum immunoglobulines

8 la sérum albumine humaine protéine multifonctionnelle Maintien de la pression osmotique transporteur capacité de se lier à des molécules hydrophobes Fortement tchargé négativement t attraction Na+ maintien H2O Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ NH3+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ -OOC + médicaments hormones acides biliaires Hypo albuminémie oedème protéine-nh3+

9 immunoglobuline est une protéine synthétisée par un animal en réponse à la présence d une substance étrangère «antigène» Les immunuglobulines sont des protéines modulables IgG antigène complexe Ag Ag Ag fixation d un antigène sur Les boucles hypervariables domaine variable domaine constant

10 Les protéines sont des polymères NH 2 H - C - COOH R 1 monomère acide aminé la liaison peptidique est plane, rigide, polaire

11 hélice α Structures régulières dans la structure tridimensionnelle hélice ceαα feuillet β liaisons hydrogènes feuillet β

12 l h î l té l d i id d l t t t idi i ll les chaînes latérales des aminoacides dans la structure tridimensionnelle sont capables de former des interactions et des liaisons

13 Acides aminés à chaînes latérales capable de d établir des interactions hydrophobes H COO- COO- Interactions hd hydrophobes hb au coeur de la protéine L M I H NH3+ F Y W

14 Acides aminés à chaînes latérales capable de d établir des liaisons hydrogène liaison ionique liaison hydrogène H2N Liaisons hydrogènes à la surface de la protéine (en interaction avec les molécules de H2O + entre les régions de la protéines pour stabiliser les repliements

15 Acides aminés à chaînes latérales capable de d établir des liaisons ioniques COOH COO- + H+ NH3+ NH2 + H+ liaison ionique Liaisons ioniques à la surface de la protéine (en interaction avec les molécules H2O et les sels + entre les régions de la protéine pour stabiliser les repliements

16 Acides aminés à chaînes latérales capable de d établir des liaisons covalentes Cystéines et pont disulfure Pont disulfure Cyst-34 oxydation Albumine petite protéine globulaire 35 cystéines 17 ponts disulfure + Cys-34 thiol libre (activité enzymatique) cystine

17 Acide aminé capable de former des «coudes» coude proline liaisons peptidiques la fonction amine est incluse dans le cycle blocage de l angle Φ formation d un coude dans la chaîne polypeptidique.

18 Bilan: Il existe 20 acides aminés naturels entrant dans la composition des protéines On peut répartir les acides aminés selon la fonction de leur chaîne latérale interactions hydrophobes à chaîne aliphatique : glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, méthionine, proline à chaîne aromatique : phénylalanine, tryptophane, tyrosine à fonction alcool : sérine, thréonine, tyrosine liaisons hydrogènes à fonction thiol : cystéine à fonction amide : glutamine, asparagine liaisons ioniques liaison covalente à fonction acide : acide glutamique, acide aspartique à fonction basique : histidine, lysine, arginine à fonction thiol : cystéine pont disulfure Nutrition Acide aminé essentiel = non synthétisé é par l homme

19 résumé Protéines sont des polymères d acides aminés liés par des liaisons peptidiques la liaison peptidique est plane, rigide, polaire structure tridimensionnelle propriétés des C=O et N-H de la liaison peptidique (liaisons H) les structures régulières (hélice α, feuillet β) liaison hydrogène les repliements de la chaîne peptidique stabilisés par les interactions faibles (interaction hydrophobe, liaison hydrogène, liaison ionique) et les liaisons covalentes ( pont disulfure) les protéines sont chargées ex: ph 7 - ooc- + H 3 N- + H 3 N- + H 3 N- -4 -coo - -coo - -coo - -NH ooc- coo - -coo - -coo - liaison ionique pont disulfure les protéines peuvent être séparées par migration dans un champ électrique interaction hydrophobe

20 Introduction : de la fonction à la structure I. Les protéines du plasma II. La structure tridimensionnelle d une protéine la sérum albumine les immunoglobulines III. La chaîne polypeptidique: la liaison peptidique IV. Les structures régulières: hélice α, feuillets β V. Les repliements de la chaîne polypeptidique les amino acides VI L VI Les enzymes Mécanisme d une réaction enzymatique Le site actif La protéolyse ménagée Les isoenzymes

21 VI Les enzymes SITE AC CTIF Les enzymes sont les catalyseurs du monde biologique. Ils sont capable de transformer une forme d énergie en une autre. Ils se caractérisent par un extraordinaire pouvoir catalytique (stabilisation des états transitoires) et une extrême spécificité (site actif). Pratiquement tous les enzymes sont des protéines, capable de catalyser des réactions chimiques très diverses en raison de leur capacité à se lier spécifiquement à une très large gamme de molécules

22 Principe d une réaction enzymatique absence d enzyme substrat état transitoire produit énergie libr re G substrat avec enzyme complexe enzyme substrat énergie lib bre G produit le complexe enzyme-substrat stabilise l état transitoire un enzyme catalyse une réaction en abaissant l énergie d activation augmentation de la vitesse de la réaction

23 Le site actif substrat + enzyme complexe enzyme substrat produits Site actif région de l enzyme lieu des interactions avec le substrat Site de reconnaissance spécificité vis à vis du substrat Site catalytique ensemble des chaînes latérales des amino acides responsable de la réaction catalysée par l enzyme

24 Composition du site actif d un enzyme chaînes latérales des acides aminés substrat site actif Site actif d un enzyme Ensemble des chaînes latérales des acides aminés qui établissent des interactions avec le substrat Ces interactions permettent de reconnaître le substrat (spécificité) et de catalyser sa transformation en produit

25 site actif d un enzyme interactions responsables de la formation du complexe enzyme substrat et de la spécificité de ce substrat et de l efficacité de la catalyse enzymatique Interactions faibles liaisons H liaisons ioniques + - interactions hydrophobes

26 Exemple enzymes protéolytiques Digestion des protéines essentiellement dans l intestin grêle Enzymes trypsine, chymotrypsine, elastase, carboxypeptidase et aminopeptidase Hydrolyse polymère monomères protéines (polypeptides acides aminés hydrolyze de la liaison peptidique réaction catalysée site actif Asp102 His57 S195 Asp189 Trypsine

27 3 enzymes: trypsine, chymotrypsine, élastase Catalysent la même réaction la coupure de la liaison peptidique 3 spécificités différentes Val-Ile-Asp-Lys-Val-Ser-Leu-Phe-Gly-Ala-Met-Pro-Glu y Spécificité sites de coupures Un seul site catalytique Trois sites de reconnaissance spécifiques

28 résumé de la réaction enzymatique d une sérine protéase site actif site de reconnaissance site catalytique interactions spécifiques enzyme substrat enzyme disponible pour fixer un nouveau substrat R R R R R stabilisation de l état transitoire

29 La vie de la trypsine Entéropeptidase duodénale Qu'appelle-t-on protéolyse ménagée? Sécrétion pancréatique Zymogène très faible activité (trypsinogène) Activation dans le duodénum clivage de la séquence libérant le site actif NH 2 Lys (hexapeptide N term) S Med: pancréatite aigüe

30 ACTION DE LA TRYPSINE SUBSTRAT

31 une protéine mal repliée Inhibiteur des sérine-protéases dans le sérum protéine normale protéine mal repliée polymère toxique

32 Mutation protéine mal repliée Absence de sécrétion de l alpha-1 antitrypsine (α1at) Perte de fonction absence perte de fonction Synthèse hépatique de l alpha-1 antitrypsine (α1at) Mutation protéine mal repliée formation de polymères toxiques pathologies hépatiques graves polymères toxiques gain de fonction

33 Résumé Les enzymes sont les catalyseurs du monde biologique substrat complexe enzyme substrat stabilisation des états transitoires produit énerg gie libre G diminution énergie d activation extrême spécificité (site actif). R R protéolyse ménagée NH 2 Lys (hexapeptide N term) S capacité à se lier spécifiquement à une très large gamme de molécules inhibition Protéine mal replié formation de polymères toxiques protéine normale protéine mal repliée polymère toxique mutation pathologie

34 La séquence des acides aminés (I) est déterminée par le gène La séquence des acides aminés (I) détermine la structure tridimensionnelle (II) Une structure tridimensionnelle (II) donnée est responsable d une fonction spécifique (III) R R (I) (III) (II)

35