Module 5 - Structure 3D, repliement et classification des protéines

Question 1

Configuration?

Answer 1

Liaison covalente brisée puis reformée autrement.

Question 2

Conformation?

Answer 2

Rotation autour d’un lien covalent simple sans bris de liaison covalente.

Question 3

Conformation native?

Answer 3

Conformation 3D spécifique qu’une protéine adopte au pH physiologique. Forme qui possède une activité biologique.

Question 4

Structure primaire des protéines?

Answer 4

Séquence d’acides aminés de la chaine polypeptidique dicté par l’information génétique (ADN/gènes). UNIQUEMENT des liens covalents.

Question 5

Structure secondaire des protéines?

Answer 5

Arrangement spatial des acides aminés adjacents dans une région donnée de la chaine polypeptidique. Stabilisée par des liens H entre les atomes du groupement peptidique.

Question 6

Structure tertiaire des protéines?

Answer 6

Arrangement 3D de tous les atomes formant une chaine polypeptidique. Stabilisée par des interactions non covalentes et des ponts disulfures entre les chaines latérales de résidus éloignés dans la structure primaire.

Question 7

Structure quaternaire des protéines?

Answer 7

Seulement les protéines constituées d’au moins 2 chaines polypeptidiques (multinumériques). Association et arrangement spatial des sous-unités dans l’espace. Principalement des interactions covalentes et des ponts disulfures entre les chaines latérales.

Question 8

Comment déterminer la structure 3D d’une protéine?

Answer 8

Cristallographie à rayons X

• résolution élevée
• doit produire un crystal (difficile pour certaines protéines)
• les rayons X sont diffractés différemment selon la forme de la protéine cristallisée

Spectroscopie par RMN

• étude de la structure de la protéine en solution
• pas besoin de faire un crystal
• étudier les changements de conformation d’une protéine (souplesse structurale importante pour la fonction de la protéine)
• analyse plus facile avec les protéines petites que celles de grandes tailles

Question 9

L’arrangement spatial des acides aminés adjacents dans une section de la chaine peptidique dépend de ? (structure secondaire)

Answer 9

La géométrie des liens peptidiques et la nature des chaines latérales.

Question 10

Combien de types de structures secondaires dans les protéines?

Answer 10

4 :
Structures régulières : hélices alpha et feuillets bêta
Structures non répétitives : coudes et boucles

Question 11

Que comprends le groupement peptidique?

Answer 11

Les deux atomes directement impliqués dans le lien peptidique (carbone du carbonyle et azote de l’amine) et leurs 4 constituants (on ignore les chaines latérales).

Question 12

Le groupement peptidique est polaire ou non polaire?

Answer 12

Polaire. Le groupement carbonyle peut être accepteur lors de la formation d’un lien H, alors que le groupement amine peut être donneur.

Cette polarité est à la base de la formation des structures secondaires.

Question 13

Que comprends le squelette peptidique?

Answer 13

Séquence répétée -N-C(alpha)-C(0).
C(0) est le carbone du carbonyle.

• on exclut l’oxygène du carbonyle et l’hydrogène du groupement amine.

Question 14

Quels sont les 3 liens du squelette peptidique?

Answer 14

• Lien C(alpha)-C(0) : angle de torsion psi
• Lien C(0)-N : lien peptidique, angle de torsion oméga
• Lien N-C(alpha) : angle de torsion phi

Question 15

Qu’est-ce qu’un hybride de résonnance?

Answer 15

Lorsqu’on est en présence d’une double liaison et d’un groupement portant une charge : on assiste à la délocalisation de la charge. Double liaison partielle symbolisée par des pointillés. Atomes impliqués : O-C-N

Question 16

Pourquoi on dit que le groupement peptidique est un plan rigide?

Answer 16

La résonnance restreint la rotation autour du lien peptidique et lui confère les caractéristiques partielles des liaisons doubles :

• C-N plus court qu’un lien C-N standard, mais plus long qu’une liaison double
• C=O est plus long qu’une liaison double standard, mais plus court qu’un lien C-O.

Les groupements carbonyle et amine et les deux carbones alpha sont sur le même plan : pas de rotation possible autour de la liaison C(0)-N (lien peptidique).

Question 17

Quelles sont les deux conformations que peut prends le groupement peptidique lors de la formation du lien peptidique?

Answer 17

Trans : les deux carbones alpha sont aux extrémités opposées du plan. Favorable : moins d’encombrement stérique.

Cis : les deux carbones alpha sont aux angles adjacents du plan (même côté). Moins favorable : les chaines latérales sont rapprochées, plus d’encombrement stérique.

Question 18

Quelle influence a l’acide aminé proline sur la conformation du groupement peptidique?

Answer 18

En absence de proline, 99,9% des liens peptidiques sont dans une conformation trans (plus favorable).
6% des liens peptidiques impliquant le groupement imino de la proline sont dans la configuration cis.

Question 19

On ne peut pas changer de conformation une fois le lien peptidique formé. Quel type d’enzyme peut-on utilisé pour le faire?

Answer 19

Isomérase : provoque une destabilisation transitoire de l’hybride de résonnance, ce qui permet la rotation temporaire autour du lien peptidique (aucun lien n’a été brisé pour changer de forme : conformation).

Question 20

À quoi sert le Diagramme de Ramachandran?

Answer 20

Déterminer les valeurs d’angle (en degrés) où les liens phi et psi respectent les contraintes d’encombrement stérique entre les chaines latérales. Degrés où la rotation est possible autour des liens C(alpha)-C(0) et N-C(alpha).

Zones en bleu : valeurs favorables.

Question 21

Pourquoi la glycine et la proline sont exclues du diagramme de Ramachandran?

Answer 21

Glycine : taille trop petite, tombent fréquemment en dehors des limites.

Proline : cas particulier, l’anneau pyrrolidine restreint la rotation autour du lien N-C(alpha).

Question 22

Quel acide aminé confère de la rigidité à une chaine peptidique?

Answer 22

Proline : anneau pyrrolidine restreint la rotation autour du lien N-C(alpha).

Question 23

Structure secondaire la plus abondante dans les protéines : Hélice alpha.

Answer 23

Le carbonyle (C=O) d'un résidu n forme un lien H avec le N-H d'un résidu n+4.
Liens H presque parallèle au grand axe : stabilisent la structure.
Les 4 derniers N-H et C=O sont libres : pas de partenaires, ne participent pas à la structure de l'hélice.

Pas de l’hélice (1 tour complet) = 0,54 nm
Distance parcourue par l’hélice à chaque résidus = 0,15 nm
Un tour d’hélice = 3,6 résidus
Chaines latérales perpendiculaires à l’hélice.

Question 24

Plus souvent des hélices droites dans les protéines.

Answer 24

Contiennent entre 4 et 40 résidus (moyenne = 12).

Question 25

Qu'est-ce qui déstabilise les hélices alpha?

Answer 25

- Glycine : trop de possibilité de rotations. - Répulsions électromagnétiques : chaines latérales de même charges. - Encombrement stérique : chaines latérales de taille importante ou ramifiées. - Proline : groupement amine est secondaire, ne peut pas faire de liaison H, entraine souvent l'interruption de la structure en hélice.

Question 26

Les hélices sont amphipathiques, qu'est-ce que ça veut dire?

Answer 26

Les résidus hydrophobes se retrouvent d'un côté de l'hélice alors que les résidus hydrophiles sont de l'autre.

Question 27

Structure secondaire retrouvées fréquemment : les feuilet bêta.

Answer 27

- Élément constitutif d'un feuillet : portion de la chaine polypeptidique en conformation étendue en zigzag : brin bêta. - contient en moyenne 6 résidus, mais peut en contenir 15 +.

Question 28

Pourquoi les brins bêta sont instables?

Answer 28

Absence d'interactions non covalentes entre les résidus. Les brins s'associent entre eux en formant des liens H entre les group. carbonyle d'un brin et le group. amine d'un autre (feuillet) : augmente la stabilité.

Question 29

Quels sont les deux principaux types de feuillets?

Answer 29

- Feuillet ß parallèles : brins orientés dans le même sens. Liens H parallèles aux brins. Moins stables. - Feuillet ß antiparallèles : brins orientés en sens inverse. Liens H perpendiculaires aux brins. Plus stables : liens H plus linéaires donc plus fort.

Question 30

Où se situe les chaines latérales dans les feuillets?

Answer 30

Alternativement au dessus et en dessous du feuillet.

Question 31

Comment sont orientés les groupements carbonyle et amine par rapport à l'axe des brins? Parallèlement ou perpendiculairement?

Answer 31

Les groupements C=O et N-H sont perpendiculaires à l'axe des brins.

Question 32

Les feuillets ß font-ils seulement des structures secondaires?

Answer 32

Non. Structure 2° : les brins associés proviennent de régions adjacentes d'une même chaine. Structure 3° : les brins d'un feuillet ß proviennent de régions éloignées d'une même chaine. Structure 4° : les brins proviennent de deux chaines différentes.

Question 33

Quel est l'impact des boucles dans les protéines?

Answer 33

Changements brusque de direction entre les structures régulières (hélices alpha ou feuillet ß).

Question 34

Comment appele-t-on les boucles qui contiennent peu de résidus?

Answer 34

Coudes ou tours.

Question 35

Quelle est la particularité du coude ß?

Answer 35

Fait souvent le lien entre deux brins d'un feuillets ß ANTIPARALLÈLE. Contient 4 résidus, stabilisés par un lien H entre carbonyle du 1er résidu (n) et amine du 4ieme résidu (n+3)

Question 36

Quels acides aminés sont favorisés dans les coudes ß?

Answer 36

Glycine : petite chaine latérale permet un virage abrupt sans encombrement stérique. Proline : changement de direction de la chaine polypeptidique : lien peptidique dans la conformation.

Question 37

La localisation des résidus dans la structure tertiaire dépend de leur polarité. Où se retrouve chaque type d'acides aminés?

Answer 37

Résidus non polaires : intérieur de la protéine. Résidus chargés : surtout en surface de la protéine. Groupements polaires, non chargés : principalement en surface, mais parfois à l'intérieur.

Question 38

Qu'est-ce qu'un domaine?

Answer 38

Segments de la chaine polypeptidique qui se replient indépendamment les uns des autres. Éléments structurals indépendants, avec une fonction spécifique dans la protéine. Plus souvent rencontré chez les protéines de 250 + résidus. Les protéines qui possèdent plusieurs domaines ont les propriétés de tous leurs domaines. Un domaine peut contenir plusieurs motifs.

Question 39

Qu'est-ce qu'un motif ou structure supersecondaire?

Answer 39

Arrangements de structure secondaire plus fréquents.

Question 40

Qu'est-ce qu'une liaison intracaténaire?

Answer 40

Interaction non covalente ou lien covalent (pont disulfure) qui se forme entre les atomes des chaines latérales d'une même chaine polypeptidique. Les résidus liés entre eux peuvent être très éloignés dans la structure primaire.

Question 41

De quoi est composée une protéine multinumérique?

Answer 41

Association de deux ou plusieurs chaines polypeptidiques (sous-unités) : structure quaternaire 4°.

Question 42

Qu'est-ce qui différencie les liaisons qui stabilisent la structure tertiaire de celles de la structure quaternaire?

Answer 42

Dans la structure 4°, les interactions sont formées entre deux chaines polypeptidiques distinctes : liaisons intercaténaires.

Question 43

Pourquoi la fabrication de protéines multinumériques est avantageuse pour la cellule? (5)

Answer 43

1. Synthétiser plusieurs chaines courtes est plus efficace que synthétiser une seule longue chaine. 2. Plus stables que les sous-unités dissociées : structure 4° prolonge la vie de la protéine. 3. Plusieurs protéines qui possèdent des fonctions similaires peuvent partager les mêmes sous-unités : favorise l'évolution. 4. Interactions entre les sous-unités : facilitent la régulation de l'activité des protéines. 5. Canalisation métabolique possible (association de différentes sous-unités catalysant des réactions successives).

Question 44

Types de protéines présentes dans la cellule.

Answer 44

- Monomère (seulement 19%) - Dimère (plus fréquent : 38%) - Homodimère (31% de toutes les protéines) - Tétramères (21%) *Nombre pair de sous-unités : dyade symétrique.

Question 45

Qu'est-ce que la dénaturation d'une protéine?

Answer 45

Perte de la conformation native par le bris des interactions non covalentes --> l'activité biologique est affectée.

Question 46

Agents dénaturants qui brisent les interactions non covalentes qui maintiennent les structures 2°,3° et 4°.

Answer 46

- Chaleur : augmente énergie, augmente vibration des molécules, bris des interactions faibles. - Changement de pH : changement de la charge des chaines latérales, brise interactions qui font la structure 3D (3°,4°) - Agents chaotropiques : augmente la solubilité des groupements non polaires (urée, sels de guanidine). - Détergents : altèrent les interactions hydrophobes, formation de micelles, augmente la solubilité des résidus hydrophobes.

Question 47

Pourquoi la structure primaire n'est pas affectée par la dénaturation?

Answer 47

La dénaturation n'affecte pas les liens covalents. Certaines protéines sont plus sensibles que d'autres à des changements dans leur structure : présence de ponts disulfure rend les protéines moins susceptibles à la dénaturation.

Question 48

La dénaturation est-elle toujours irréversible?

Answer 48

Non. Certaines protéines peuvent retrouvées leur conformation native : renaturation.

Question 49

Qu'est-ce qui permet la renaturation d'une protéine?

Answer 49

L'information nécessaire pour le repliement correct d'une protéine se trouve dans la séquence (structure primaire), qui n'est pas dénaturée (liens covalents intacts).

Question 50

Le repliement d'une protéine dans sa conformation native est une processus thermodynamiquement favorable ou non?

Answer 50

Processus thermodynamiquement favorable: diminution de l'énergie libre (deltaG -), structure contenant le minimum d'énergie libre : la plus stable --> conformation native.

Question 51

Qu'est-ce que le phénomène d'effondrement hydrophobe? À quoi sert-il?

Answer 51

Regroupement des résidus hydrophobes (exclusion par les molécules d'eau) au centre de la protéine pour réduire la surface de contact avec le solvant : formation d'une poche hydrophobe. Sert de force motrice au repliement des protéines : rapproche des résidus éloignés dans la structure primaire --> formation d'interactions entre différentes structures secondaires.

Question 52

Qu'est-ce qu'un "globule fondu"?

Answer 52

Intermédiaire lors du repliement des protéines : molécule protéique qui n'est pas dénaturée mais qui n'a pas encore atteint sa conformation native. Surtout chez les protéines de 100 résidus +.

Question 53

Pourquoi on dit que le repliement d'une protéine est un phénomène de coopérativité?

Answer 53

La formation d'une partie de la structure aide à la formation de la structure restante.

Question 54

Quel est le facteur le plus important pour le repliement des protéines?

Answer 54

Les interactions hydrophobes : exclusion des molécules hydrophobes sert de force motrice au repliement. Aussi : liens H entre les atomes du squelette peptidique (structure 2°) et entre les atomes des chaines latérales (structure 3°).

Question 55

Qu'est-ce que le phénomène d'hydratation?

Answer 55

Formation de liens H entre la surface de la protéine et le solvant.

Question 56

Quel rôle jouent les liaisons ioniques dans le repliement des protéines?

Answer 56

Formation de ponts salins entre les quelques chaines latérales chargées à l'intérieur de la protéine : stabilisent la structure de la protéine. Même si la majorité des groupements chargés soient à la surface des protéines, ils ne contribuent pas à la structure 3D : solvatés.

Question 57

Quel rôle jouent les forces de van der Waals dans le repliement des protéines?

Answer 57

Contribuent à la stabilité globale de la protéine.

Question 58

Que font les protéines chaperonnes?

Answer 58

- Facilite le repliement des grosses protéines : empêchent la formation d'intermédiaires incorrectement repliés (maladies) - Aide les protéines dénaturées à se renaturer - Entraine la dégradation d'une chaine polypeptidique qui ne se replie pas correctement.

Question 59

Trois façons de classer les protéines :

Answer 59

- Selon la fonction - Selon la forme et la solubilité - Selon la composition

Question 60

Classification selon la fonction

Answer 60

Avantage : Donne directement le rôle de la protéine dans la cellule. Désavantage : Fonction parfois inconnue (inclassable) et certaines protéines sont multifonctionnelles (difficile à classer). Fonction des protéines : catalyse, transport, mouvement, structure, stockage des nutriments, décodage de l'information génétique, régulation, défense/agression.

Question 61

Quels sont les trois groupes dans la classification selon la forme et la solubilité?

Answer 61

- Fibreuse - Globulaire - Membranaire

Question 62

Caractéristiques des protéines fibreuses.

Answer 62

- Généralement un seul type de structures secondaires régulières. - Degré de pontage élevé : beaucoup d'interactions covalentes et non covalentes. - Filiformes - Insolubles dans l'eau - Grande résistance mécanique : classe qui contient beaucoup de protéines structurales.

Question 63

Exemples de protéines fibreuses.

Answer 63

- Kératine (composée seulement d'hélices alpha) - Fibroïne de la soire (constituée de feuillets ß) - Collagène (structure particulière : triple hélice).

Question 64

Où peut-on retrouver la alpha-kératine?

Answer 64

Ongles, poils, cornes, épiderme.

Question 65

Quelle est la structure de la kératine?

Answer 65

1 molécule de kératine = 1 hélice alpha à droite. Puis, surenroulement de 2 molécules de kératine : superhélice à gauche. Succession de surenroulement qui forme ultimement un cheveux par exemple.

Question 66

Pourquoi une fibre de kératine est-elle extensible?

Answer 66

Une hélice peut s'étirer jusqu'à deux fois sa longueur. Les liens H se brisent lorsque la molécule est étirée, mais se reforment rapidement par la suite.

Question 67

Quel est le principe d'une permanente de cheveux?

Answer 67

Agent réducteur qui brise les ponts disulfure --> donne la forme voulue aux cheveux --> fixe la forme en reformant les ponts disulfures (entre de nouveaux résidus cystéine).

Question 68

À quoi peut-on comparer la fibroïne de la soie?

Answer 68

Structure comme un mille-feuille : feuillets ß antiparallèles superposés en couches serrées.

Question 69

Pourquoi les fibres de fibroïne de la soie sont très solides et quasi-inextensibles?

Answer 69

Les brins ß ont une conformation étendue : ils sont donc déjà au maximum de l'étirement possible.

Question 70

Qu'est-ce qu'une protéine globulaire?

Answer 70

- Protéines les plus nombreuses - Contiennent plusieurs types de structures secondaires, moins ordonnées que les protéines fibreuses - Conformation native : forme sphéroïdale (repliement compact) - Protéines solubles dans l'eau (résidus hydrophobes à l'intérieur, résidus hydrophiles à la surface) - Plusieurs rôles : enzymes, hormones, anticorps, protéines de transport, etc.

Question 71

Quelle est la stratégie modulaire pour le repliement des protéines globulaires?

Answer 71

Les protéines globulaires ont des structures irrégulières et très variées. - Moins de 250 résidus : un seul domaine. - Plus de 250 résidus : deux domaines ou plus --> protéine multifonctionnelle.

Question 72

Caractéristiques des protéines membranaires.

Answer 72

- Nombreux résidus hydrophobes.

Question 73

Quels sont les deux groupes de protéines classées selon la composition?

Answer 73

- Simple : forme active ne contient que des résidus acides aminés. - Conjuguée : la protéine doit être liée à un groupement non protéique pour son activité.

Question 74

Comment nomme-t-on les formes actives et inactives de protéines conjuguées?

Answer 74

Active : apoprotéine (lié au groupement non protéique) | Inactive : holoprotéine (sans son groupement non protéique)

Question 75

Différentes classes de protéines conjuguées selon la nature du groupement non protéique.

Answer 75

- Lipoprotéine (lipide) - Nucléoprotéine (acide nucléique) - Glycoprotéine (glucide) - Métalloprotéine (ion métallique) - Hémoprotéine (molécule d'hème) - Flavoprotéine (FMN, FAD) - Phosphoprotéine (groupement phosphate)

Question 76

Quel est le rôle du collagène dans les tissus conjonctifs?

Answer 76

Rôle structural : grande résistance à la tension.

Question 77

Pourquoi le collagène est une protéine très résistante?

Answer 77

Protéine fibreuse formée de plusieurs faisceaux d'hélices. | 3 hélices étendues à gauche --> triple hélice droite --> microfibrilles --> fibrille --> fibres de collagène.

Question 78

Quel type de protéine conjuguée est le collagène?

Answer 78

Une glycoprotéine. Sucre impliqué dans le processus d'assemblage des fibrilles.

Question 79

Quel acide aminé est absent de la séquence du collagène et quel impact cela a-t-il sur sa structure?

Answer 79

Pas de cystéine, donc pas de ponts disulfure pour stabiliser les microfibrilles. Les molécules de collagène sont liées par des liens covalents : base Schiff ou ponts lysine (lysine/allysine).

Question 80

Qu'est-ce qu'une molécule de tropocollagène?

Answer 80

Triple hélice à droite composée de 3 hélices à gauche enroulées.

Question 81

Pourquoi la glycine est essentielle à la structure des triple hélice de collagène?

Answer 81

À chaque trois résidus, la chaine latérale passe au centre de la triple hélice. La glycine est le seul acide aminé capable de tenir à l'intérieur de la triple hélice grâce à sa petite chaine latérale. Les autres chaines latérales sont a l'extérieur.

Question 82

Quels types de liens stabilisent la structure de la triple hélice (tropocollagène)?

Answer 82

Les liens H intercaténaires (interchaines). - Entre amine glycine et carbonyle d'un résidu X - Entre les hydroxyprolines

Question 83

Maladie associée au collagène?

Answer 83

Le scorbut : carence en vitamine C (acide ascorbique). Vitamine C : essentielle à l'hydroxylation (modification post-traductionelle). Sans hydroxyproline/hydroxylysine : diminue la résistance du collagène.

Question 84

Fonctions de la myoglobine et de l'hémoglobine?

Answer 84

Protéines de transport : lient l'oxygène de façon réversible (oxygénation). L'hémoglobine transporte l'oxygène dans le sang des poumons jusqu'aux tissus. Dans les tissus, elle libère l'oxygène, qui est repris par la myoglobine, qui transporte l'oxygène dans les tissus et les muscles.

Question 85

Qu'est-ce qu'un groupement hème?

Answer 85

Groupement complexe formé d'une molécule de protoporphyrine IX avec un atome de fer lié au centre (site de fixation de l'oxygène). L'hème lie l'oxygène de façon irréversible. Dans la myoglobine et l'hémoglobine, l'hème est lié à la chaine peptidique par des interactions non covalentes. Microenvironnement qui permet la liaison réversible de l'oxygène.

Question 86

Quelle est la structure de la myoglobine?

Answer 86

Faisceau de 8 hélices alpha avec une cavité où se trouve le groupement hème. Avec oxygène : oxymyoglobine Sans oxygène : déoxymyoglobine Structures pratiquement superposables.

Question 87

De combien d'hélices alpha sont formées les sous-unités de l'hémoglobine?

Answer 87

Sous unités alpha : 7 | Sous unités bêta : 8

Question 88

Quel est l'impact de la fixation de l'oxygène sur une molécule d'hémoglobine?

Answer 88

Changement de conformation : pivotement des sous-unités --> permet régulation allostérique : module l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène, permet à l'organisme de s'ajuster selon les besoins en oxygène.

Question 89

Grande parenté structurale entre la myoglobine et l'hémoglobine.

Answer 89

Protéines de la famille des globines. Protéines conjuguées : hémoprotéines. Myoglobine : monomère Hémoglobine : tétramère (2 chaines alpha et 2 chaines ß)