Structure des protéines, Transcription, Traduction, Code Génétique, Mutations

1. Cours master de Physique Médicale Structure des protéines, Transcription, Traduction, Code Génétique, Mutations Barbe Sophie barbe@lbpa.ens-cachan.fr

2. 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 :

3. 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

4. STUCTURE DES PROTEINES

5. Structure des protéines

6. OH 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

7. Les 20 acides aminés naturels

8. Les 20 acides aminés naturels e

9. Les 20 acides aminés naturels

10. Arg R -C(=NH2+)NH2 Les 20 acides aminés naturels - - Arginine

11. 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.

12. Structure des protéines Liaison peptidique

13. Structure des protéines Asp Tyr Met Leu

14. Structures de la protéine On distingue 4 types de structures de complexité croissante pour caractériser une protéine :

15. Structure primaire Traduction Transcription

16. Structure primaire

17. 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

18. Structure secondaire : Hélice Hélice  droite Conformation repliée impliquant des liaisons hydrogènes répétitives entres atomes de la chaîne principale (NH et CO) des résidus i et i+4

19. Structure secondaire : Hélice Hélice  droite

20. 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

21. Structure secondaire : Feuillets  Feuillets  parallèles

22. Structure secondaire : Feuillets  Feuillets  antiparallèles

23. Structure secondaire : Feuillets  Feuillet de 4 brins antiparallèles Feuillet antiparallèle Feuillet parallèle

24. Structure secondaire : Coude (ou Tour) Le coude permet une inversion de direction de la chaîne principale

25. 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.

26. 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.

27. 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 Pont disulfure Liaison ionique Liaison hydrogène Forces d’attraction de Van der Waals entre les atomes (en noir) en contact

28. 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.

29. Structure tertiaire : Domaines • 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

30. Structure tertiaire : Domaines Exemple : le repliement A est différent du repliement B, bien que leur architecture soit la même

31. Structure tertiaire : Domaines  Domaines en faisceau (en fagot) Hélices  particulièrement grandes et de tailles semblablesassemblées 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 l’apolipophorine : 5 hélices  Un des domaines de la Sérine-tRNA synthétase : 2 hélices 

32. Structure tertiaire : Domaines  Domaines en faisceau (en fagot) Endotoxine Bacillus thurigensis

33. Structure tertiaire : Domaines  Domaines compacts 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)

34. Structure tertiaire : Domaines  Domaines compacts 3 hélices (angle 20°) Récepteur de la phéromone d’appariement sexuel chez les ciliés 3 hélices (angle -50°) Protéine de segmentation des embryons 4 hélices Domaine OCT1 de POU

35. Structure tertiaire : Domaines  Domaines compacts 7 hélices Lysozyme

36. 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 gauche à 3 brins/tour Brins en feuillets parallèles Hélice droite à 2 brins/tour Brins en feuillets parallèles

37. Structure tertiaire : Domaines  Tonneaux  Chimotrypsine n=6 Maltose perméase n=18

38. 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

39. 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

40. Structure quaternaire