Les protéines Ce sont les macromolécules les plus abondantes dans les cellules vivantes. Au cours du temps l idée de la fonction biologique des protéines a évolué au fur et à mesure que leurs structure à été démontrée. Aujourd hui, presque 60 ans après l obtention de la première structure cristalline, les protéines font l objets des études centrales en biologie, médecine, biotechnologies 1
La grande diversité des propriétés biologiques Le repliement des protéines 2
Les 20 acides aminés naturels Les protéines : enchaînement des acides aminés 3
Les liens peptidiques sont planaires Fort caractère de double liaison Isomérisation des liens peptidiques favorisé 4
Angles de torsion dans les peptides Oméga: le lien peptidique Phi: N(i) et CA(1) Psi: C(i-1) et CA(i-1) Liberté conformationnelle 5
Toutes les combinaisons des angles phi et psi ne sont pas possibles! Ramachandran a utilisé des modèles moléculaires pour différents dipeptides pour explorer de manière systématique toutes les interactions favorables. La distribution des angles psi et phi sont appelées Diagramme de Ramachandran. Distribution des angles psi et phi Pour tous acides aminés sauf la glycine, le diagramme de Ramachandran décrit les combinaisons des angles de torsion phi et psi. L aire blanche correspond aux conformations impossibles, l aire bleue aux conformations permises et la bleue claire les conformations non favorisées. 6
Angles de torsion dans les protéines bonne corrélation avec les valeurs prédites! Les 4 niveaux d architecture protéique 7
Forces impliquées dans la stabilité des protéines Les protéines ne sont pas des objets statiques! Dans des conditions physiologiques, les protéines sont en mouvement. Les vibrations thermodynamiques des atomes induisent un mouvement des régions entières des protéines. Les changements dynamiques des conformations varient d un réarrangement local des chaînes latérales jusqu à des mouvements très amples. 8
Représentation des structures protéiques Représentation en fil électrique Visualisation des atomes en 3D 9
Représentation en boules et tiges Représentation des carbones alpha Visualisation du repliement de la chaîne polypeptidique 10
Représentation en ruban Visualisation du repliement; facile à identifier les hélices et les feuillets Représentation dessin 11
Représentation CPK Les atomes sont représentés en sphères CPK avec un volume correspondant au rayon de Van der Waals de l atome respectif Représentation de la surface Visualisation de l enveloppe de la protéine. Le code couleurs peut illustrer une propriété 12
Les hélices alpha L hélice alpha est la plus connue et la plus abondante forme de structure secondaire dans les protéines. Dans cette structure tous les groupements CO et NH sont impliqués dans des liaisons H. Chaque groupement accepteur de liaison H CO est séparé du groupement donneur NH par 4 acides aminés. L hélice alpha peut être définie par ses angles de torsions: quand tous les résidus d un polypeptide possède des angles phi et psi d environ -57 et -47 degrés respectivement, ces résidus forment une hélice alpha 13
Deux hélices énantiomères: la forme abondante dans la nature est l hélice de pas droit. Il existe au moins 3 types d hélices bien identifiées dans les protéines: l hélice alpha, l hélice 3/10 et l hélice pi. 14
Les feuillets béta Les feuillets béta représentent un autre élément majeur de structure secondaire des protéines. L,élément constitutif d un feuillet béta est la chaîne polypeptidique dans une conformation étendue en zig-zag appelé brin béta. Les chaînes latérales représentées ici par de boules vertes des deux acides aminés voisins pointent dans des directions opposées. 15
Angles de torsion dans les feuillets béta Stabilité des feuillets béta: un brin béta ne possède pas une conformation stable à cause du manque d interactions entre les atomes entre les atomes non liés. Les brins sont beaucoup plus stables quand deux ou plusieurs s associent par la formation des ponts H entre les chaînes principales. 16
Les feuillets béta peuvent être parallèles ou anti-parallèles Les brins qui constituent les feuillets béta sont toujours twistés vers la gauche de d une angle variant de 0 à 30 degrés. 17
Les tours Les tours représentent le troisième élément de structure secondaire des protéines et sont utilisés pour le changement de direction dans une chaîne polypeptidique Les angles de torsions dans les tours 18
Repliement aléatoire et boucles Environ 80-90% des résidus d une protéine participent à une structure secondaire. Les autres résidus sont décrits comme du repliement aléatoire ou boucle. Structure tertiaire des protéines Les résultat de la combinaison de tous les éléments de structure secondaire dans une chaîne polypeptidique 19
Structure quaternaire des protéines Plusieurs protéines possèdent plus d une chaîne polypeptidique. Les différentes chaînes sont appelées sous-unités, monoméres ou protomère. La structure quaternaire décrit l arrangement spatial des sous-unités sans donner de détails quant à la géométrie de chaque sous-unité. L effet hydrophobe dans le repliement L incorporation de tous les résidus hydrophobes au centre de la protéine estune des forces motrices du repliement 20
La couche d hydratation 21
22
23
24
Docking et Scoring? Positionner un ligand (petite molécule) dans le site de liaison d un récepteur de façon à optimiser les interactions avec un récepteur. Evaluer les interactions ligand-récepteur de façon à pouvoir discriminer entre les positionnements observés expérimentalement et les autres. Estimer l affinité de liaison. ligand docking complexe scoring recepteur etc structure X & G Le camphre qui se lie au P-450 Les coordonnées du camphre sont représentés en vert. Chaîne principale du cytochrome P-450, partie hème avec la Tyr 96. 2cpp 25
La biotine qui se lie à la streptavidine La structure cristalline de la biotine est représentée en vert. 1stp Liaison d un inhibiteur de la protéase VIH 26