CHMI 2227F Biochimie I

1. CHMI 2227FBiochimie I Protéines: Structure quaternaire CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

2. Structure quaternaire CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

3. La structure quaternaire implique par défaut plusieurs polypeptides: Oligomères Hétéromères Ces sous-unités interagissent les unes avec les autres via les forces d’interaction faibles usuelles (ponts H, Van der Waals, ioniques, hydrophobiques) et/ou des ponts disulfure; Pour les protéines aqueuses, l’interface de contact entre les sous unités implique souvent, mais pas toujours, des acides aminés hydrophobes. Pour les protéines membranaires, les acides aminés à l’interface de contact sont usuellement hydrophiles; hydrophobe hydrophile Porine: une protéine membranaire trimérique Structure quaternaire CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

4. Faite de 4 sous-unités polypeptidiques: 2 copies d’une sous-unité a (ou HbA): en jaune et bleu; 2 copies d’une sous-unité b (ou HbB): rouge et rose Chaque sous-unité possède son propre groupe hème et peut lier l’ O2 Chaque sous-unité est très similaire, au niveau structural, à la myoglobine; À la fois l’hémoglobine et la myoglobine lient l’O2 ; Structure quaternaire Hémoglobine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

5. HbA Myoglobine Structure quaternaire Hémoglobine HbA vs myoglobine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

6. 4 principaux acides aminés entourent le groupe hème: Phe 43 His 64 Val 68 His 93 Ces acides aminés créent un environnement hydrophobe qui maintient en place le groupe hème; Aussi: His 93 lie l’atome Fe2+; Structure quaternaireLiaison de l’oxygène par Hb et myoglobine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

7. L’O2 lie l’atome Fe2+ du groupe hémique, et est maintenu en place par His 64; La myoglobine et l’Hb liée à l’O2 est appelée oxymyoglobine/oxyHb; La myoglobine/Hb non-liée à l’O2 est appelée désoxymyoglobine/désoxyHb Bon, si Myo et Hb peuvent toutes deux lier O2, pourquoi Hb est-elle multimérique, alors que la Myo est monomérique? POURQUOI??? Structure quaternaireLiaison de l’oxygène par Hb et myoglobine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

8. La liaison de l’O2 par la myoglobine suit un simple équilibre où la quantité de Myo liée à l’O2 (y) varie directement en fonction de la quantité d’O2 présente; Cependant, la liaison de l’ O2 par Hb est plus complexe: À une concentration faible d’ O2, peu de molécules de Hb sont liées, et ce même lorsque la concentration O2 est augmentée progressivement (partie A de la courbe Hb); Cependant, lorsqu’une certaine concentration d’ O2 est atteinte, Hb devient rapidement saturée O2 (partie B de la courbe Hb); B A Structure quaternaireLiaison de l’oxygène par Hb et myoglobine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

9. À de fortes concentration d’ O2, les Myo et Hb sont toutes deux saturées, indiquant qu’il n’y a plus de sites de liaison de disponible. Fait à noter: L’affinité de la Myo et de l’Hb pour l’oxygène varie d’un facteur 10: Seulement 2.8 Torr est requis pour saturer 50% des molécules de Myo; Cependant, 26 Torr sont requis pour saturer 50% des molécules d’Hb. B A Structure quaternaireLiaison de l’oxygène par Hb et myoglobine CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

10. Sous la forme désoxy-Hb, le Fe2+ est lié à 5 autres groupes: His 93 et 4 groupes amine de l’hème; Quand une sous-unité de l’Hb lie O2, l’atome de Fe2+ bouge vers le plan du group hème, et ce faisant, tire sur His 93 et l’hélice-a; Ceci cause une modification subtile mais significative dans la structure tertiaire des autres sous-unités Hb, même celles qui sont sous la forme désoxy-Hb; Structure quaternaireLa liaison d’O2 change la structure 3-D de l’Hb CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

11. La conséquence de ce changement subtile de conformation est une augmentation de l’affinité des ces autres sous-unités pour l’O2; Ce phénomène, où une changement subtil dans la forme d’une sous-unité induit un changement similaire chez les autres sous-unités est appelé coopérativité; Les molécules qui exercent un effet de coopérativité sont aussi appelées molécules allostériques; Structure quaternaireLa liaison d’O2 change la structure 3-D de l’Hb CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D. http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/Hb-animation2.gif

12. Ce phénomène explique très bien le comportement de l’Hb en présence de l’ O2: À une pO2 faible, toutes les sous-unités Hb sont sous la form désoxy et possèdent une faible affinité pour O2: en d’autres mots, elles lient O2 très faiblement; À une pO2 plus élevée, une des 4 sous-unités lie O2, change de conformation et transmet ce changement de forme aux 3 autres sous-unités; Les 3 autres sous-unités, avec maintenant une affinité; plus élevée pour l’ O2, vont rapidement lier O2 et être saturées. O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 Faible affinité Haute affinité Saturée Structure quaternaireL’Hb est une protéine allostérique CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

13. Si Hb se comportait comme Myo, la majorité des molécules d’Hb demeureraient liées à l’ O2 et ne libéreraient pas l’O2 dans les tissus; À l’inverse, une Myo qui se comporte comme Hb laisserait trop facilement aller l’O2, limitant dramatiquement l’habileté de nos muscles de travailler sous des conditions aérobiques; Structure quaternairePourquoi Hb est allostérique, alors que Myo ne l’est pas? CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

14. L’effet Bohr est l’observation que la liaison de l’O2 par l’hémoglobine diminue lorsque le pH devient plus acide; Cet effet explique pourquoi l’hémoglobine lie O2 dans les poumons et le libère dans les tissus; L’effet Bohr http://www.aw-bc.com/mathews/ch07/fi7p16.htm CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

15. Échanges gazeuxDans les tissus Glucose + O2 CO2 H2O Anhydrase carbonique CO2 H2CO3 Hb-4O2 H2O + Cl- HCO3- HCO3- (vers les poumons) H+ ATP Hb-H+ 4O2 4O2 Plasma Érythrocytes Tissus CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.

16. Échanges gazeuxDans les poumons CO2 CO2 CO2 H2O Anhydrase carbonique H2CO3 Air Hb-4O2 H2O + Cl- HCO3- HCO3- H+ Hb-H+ 4O2 O2 O2 Plasma Érythrocytes Poumons CHMI 2227 - E.R. Gauthier, Ph.D.