Biochimie des Protéines - Introduction

Dans un environnement hydrophobe, les liaisons hydrogène (liaisons H) sont plus fortes et plus courtes du côté de l'hélice exposé au solvant apolaire. À l'inverse, les liaisons H sont plus faibles et plus longues du côté de l'hélice exposé au milieu aqueux. Cette différence de longueur conduit à une courbure de l'hélice.

Les hélices alpha dans les protéines globulaires ne sont pas toujours parfaitement droites. Des facteurs comme l'empilement avec d'autres structures secondaires ou la présence de résidus proline peuvent les faire courber ou tordre.

La proline, un acide aminé cyclique, provoque une distorsion d'environ 20 degrés dans l'hélice alpha. Sa structure particulière empêche la formation de liaisons hydrogène régulières, ce qui provoque une courbure.

L'hélice 3.10 est une forme de structure secondaire où il y a 3 résidus pour chaque tour et la liaison hydrogène se forme entre le résidu i et i+3. Elle présente des contraintes stériques importantes entre les chaînes latérales, ce qui la rend moins stable.

L'hélice alpha est une forme commune de structure secondaire où il y a 3,6 résidus par tour. Les liaisons hydrogène se forment entre le résidu i et i+4, ce qui crée une structure stable due à une disposition optimale des chaînes latérales.

L'hélice Pi est une forme de structure secondaire moins fréquente, caractérisée par un nombre de résidus par tour supérieur à celui de l'hélice alpha.

Les hélices alpha ont tendance à être courbées lorsqu'elles sont exposées au solvant. Cela est dû à la tendance des groupes C=O exposés à former des liaisons hydrogène avec les molécules d'eau.

Les ponts disulfures sont des liaisons covalentes qui se forment entre deux résidus cystéine dans une protéine.

Les ponts disulfures se forment dans des milieux oxydants, comme à l'extérieur des cellules, car ils contribuent à la stabilité des protéines.

L'intérieur des cellules est un milieu réducteur où les ponts disulfures sont moins fréquents, car le glutathion (un tripeptide riche en soufre) favorise la réduction des ponts disulfures.

La banque de données des protéines (PDB) est une collection de structures protéiques à haute résolution.

CATH est une classification hiérarchique des structures protéiques basée sur les domaines.

La classification CATH comporte quatre niveaux : classe, architecture, topologie et superfamille homologue.

Seules les structures cristallines résolues à une résolution supérieure à 3,0 angströms sont considérées dans CATH.

Le programme SIFT est utilisé pour filtrer la base de données de Brookhaven et identifier les structures protéiques à inclure dans CATH.

Les angles phi et psi, qui décrivent la conformation d'un résidu d'acide aminé dans une protéine, ne peuvent pas prendre toutes les valeurs possibles en raison des contraintes stériques des groupes latéraux des acides aminés. Cependant, la glycine, dont le groupe latéral est simplement un atome d'hydrogène, ne souffre d'aucune contrainte stérique et peut prendre toutes les valeurs d'angle possible. La présence de la glycine permet donc une flexibilité conformationnelle accrue dans la protéine.

Certains acides aminés ont une prédisposition à se retrouver dans des structures secondaires particulières. Par exemple, le glutamate, la méthionine et l'alanine sont souvent retrouvés dans les hélices alpha, tandis que la glycine et la proline sont des "casseurs d'hélice" car elles déstabilisent la structure alpha-hélicoïdale.

La glycine et la proline, qui déstabilisent les hélices alpha, ont une forte tendance à être présentes dans les "bêta turns" (tournants bêta), des structures secondaires qui permettent une flexibilité dans la chaîne polypeptidique. Cela est dû aux propriétés uniques de ces deux acides aminés qui les rendent moins propices à la formation d'hélices alpha.

La structure tertiaire d'une protéine correspond à sa structure tridimensionnelle globale. Elle résulte du repliement de toutes les structures secondaires (hélices alpha, feuillets bêta) en une structure compacte et globulaire. Ce repliement est souvent guidé par des interactions hydrophobes : les résidus hydrophobes (non polaires) se regroupent à l'intérieur de la protéine, tandis que les résidus polaires interagissent avec l'environnement aqueux.

Dans la structure tertiaire d'une protéine, les résidus hydrophobes (non polaires) se regroupent à l'intérieur de la structure, tandis que les résidus polaires (qui aiment l'eau) se trouvent à l'extérieur. Ce processus est appelé "repliement hydrophobe" et il est essentiel pour stabiliser la protéine.

La proline, bien qu'elle ne soit pas très abondante dans les protéines, a un pourcentage très important dans les tournants bêta. Cela s'explique par sa rigidité conformationnelle due à sa structure cyclique, qui permet une flexibilité adéquate dans ces virages.

Les liaisons hydrogène sont une force intermoléculaire importante pour la stabilisation des protéines. Elles impliquent des interactions attractives entre un atome d'hydrogène lié à un atome électronégatif (comme l'oxygène ou l'azote) et un atome électronégatif d'une autre molécule.

Les liaisons hydrogène jouent un rôle essentiel dans le repliement des protéines. Elles contribuent à la formation des structures secondaires (hélices alpha et feuillets bêta) et des structures tertiaires. De plus, elles peuvent stabiliser les interactions entre les protéines.

L'effet hydrophobe est une force importante qui contribue au repliement des protéines. Il est basé sur la tendance des molécules non polaires à éviter les contacts avec l'eau. Les chaînes latérales hydrophobes des acides aminés s'agglomèrent au centre de la protéine, tandis que les chaînes latérales hydrophiles sont exposées à l'eau.

Les interactions hydrophobes sont stabilisées par les forces de van der Waals. Ces forces sont des attractions faibles qui agissent entre les atomes non liés. L'effet hydrophobe est alimenté par la minimisation des contacts entre l'eau et les molécules hydrophobes, conduisant à un empaquetage dense et compact des chaînes latérales hydrophobes au cœur des protéines.

Les forces de van der Waals sont des forces intermoléculaires faibles qui agissent sur toutes les molécules. Elles sont particulièrement importantes dans les protéines, contribuant à la stabilité des interactions hydrophobes et au maintien de la structure tridimensionnelle.

La règle de Pauling énonce que les protéines essaieront de former autant de liaisons hydrogène que possible. Cela signifie que les protéines se replient de manière à maximiser le nombre de liaisons hydrogène, créant ainsi des structures secondaires (hélices alpha et feuillets bêta) et des structures tertiaires stables.

Le repliement des protéines est un processus complexe qui est conduit par l'interaction de diverses forces, y compris les liaisons hydrogène, l'effet hydrophobe et les forces de van der Waals. Ces forces dirigent les protéines vers leur structure tridimensionnelle native, qui dicte leur fonction.

L'étude des interactions non-covalentes dans les protéines est essentielle pour comprendre leur structure, leur stabilité et leur fonction. La mutagénèse, par exemple, permet d'étudier l'impact de l'élimination ou de la modification des partenaires de liaison hydrogène sur la stabilité et la fonction des protéines.

Une structure secondaire de protéines qui ressemble à un tonneau, formée par l'assemblage de brins bêta en forme de feuillets. On les retrouve souvent dans les membranes cellulaires, où ils permettent le passage de molécules à travers la membrane.

Une structure secondaire de protéines caractérisée par une disposition alternée de segments en hélice alpha et en feuillet bêta.

Une structure secondaire de protéines qui se présente sous la forme d'un feuillet plat composé de plusieurs brins bêta alignés côte à côte.

Un type de structure secondaire de protéines en hélice alpha qui se présente comme un groupe cohérent de 4 hélices alpha, souvent impliquées dans les interactions avec les lipides.

Une structure secondaire de protéines composées uniquement d'hélices alpha.

Une structure secondaire de protéines composées principalement de feuillets bêta.

Niveau de classification des protéines qui se base sur la similarité des structures secondaires et leur connexion. Les structures sont regroupées en "familles de plis" en fonction de leur forme et de la façon dont les structures secondaires sont connectées. Un score SSAP de 70 et un chevauchement d'au moins 60% entre les protéines indiquent une appartenance à la même famille de plis.

Niveau de classification des protéines qui se base sur la similarité des séquences d'acides aminés, avec un minimum de 30% d'identité entre les séquences pour être considérées comme appartenant à la même superfamille. Ce niveau implique une relation évolutive entre les protéines.

Algorithme utilisé pour comparer des structures secondaires de protéines et déterminer leur similarité. Le score SSAP permet de classer les protéines dans des familles de plis.

Structures bien connues, souvent mentionnées dans la littérature, qui correspondent à des arrangements spécifiques de structures secondaires. Par exemple, le propulseur bêta ou le faisceau de quatre hélices alpha.

Méthode pour classer les structures secondaires dans une protéine. Elle implique la description simple de l'arrangement des structures secondaires, comme un tonneau ou un sandwich à trois couches.

Processus qui vise à automatiser l'attribution de la structure secondaire. Il implique la mise en place de procédures informatiques pour déterminer la conformation tridimensionnelle d'une protéine.

Les familles de plis les plus peuplées sont souvent des architectures sandwich à 2 couches principalement bêta et des architectures sandwich à 3 couches alpha-bêta.

Pour mieux comprendre les relations structurelles au sein des familles de plis les plus peuplées, on utilise un seuil plus élevé sur le score SSAP et une exigence de chevauchement plus élevée pour la classification.