Protides Aliments ⊃ a.a, peptides, protéines. Les + complexes et les + variées des subst. Naturelles. Homme fabriquerait ~ 100 000 sortes ≠ protéines
(poisson aussi ; humains sont pas tellement + complexes chimiquement que poissons)
Chaque cellule en fabrique en moyenne 15 000 sortes ≠ Près de 50% du poids sec d’1 EV est fait de protéines. Protéine : polymère d'acides aminés Plupart formées de l'union de 100 à 200 ac. aminés.
Cellules humaines : 1 Million de protéines différentes produites Cerveau humain : environ 12 000 protéines produites (rôle essentiel pour son fonctionnement)
Aminoacides* Constitutifs (20 aa → protéines) Constitutifs rares (∃ / protéines) Ex : Hydroxyproline (3-OH Pro), hydroxylysine (5-OH Lys) ∃ / collagène (protéine de structure des tissus conjonctifs) Non constitutifs (pas / protéines ; 150 aa) Ex : Citrulline (citrouille) : peut être toxique pour l’Homme. Glycine : 1er découvert en 1820 Thréonine : le dernier découvert en 1935 Plantes et nbreux Microorganismes synthétisent tous aa Homme et plupart Ax ne peuvent synthétiser tous aa. Homme (pas de synthèse): Val, Leu, Ile, Lys, Met, Thr, Phe, Trp
Alimentation→ certains AA : essentiels ou indispensables ** * « amin » du grec ammôniakos, ammoniac **Arg et His synthétisés à une vitesse trop lente; indispensables pour le nouveau-né ou l'enfant.
2 gpts fonctionnels (-NH2 et -COOH) + R (Chaîne latérale). R : résidu carboné, nature aliphatique ou aromatique
Glycine (Gly) Neutre, 5 % des AA des protéines Riches : Orge, riz ; pauvres : lait, pommes de terre. Alanine (Ala) Neutre, 6 % des AA des protéines Riches : maïs, abats ; pauvres : lait, légumes secs.
Valine (Val)* Branché (R → 3 C), 5 % des AA des protéines. Riches : lait, oeufs ; pauvres : pain, chou, betteraves. Leucine (Leu)* Branché (R → 4 C), 8 % des AA. Riches: lait, maïs ; pauvres : pommes de terre, betteraves, chou. Isoleucine (Ile)* Branché (R → 4 C), 4 % des AA
* Indispensables (alimentation)
Phénylalanine (Phe)* Aromatique, 4 % des AA. Riches : pain, oeufs, abats ; pauvres : chou, betteraves. Tyrosine (Tyr)* Aromatique, 3 % des AA Riches: fromage, lait, riz ; pauvres : P.T, chou. Tryptophane (Trp)* Aromatique, 1 % des AA (le + rare des 20 AA) . Riches : oeufs, noix coco ; pauvres : maïs, carottes, chou
* Indispensables (alimentation) R aromatiquesdes aa ont des spectres d'absorption caractéristiques/UV Phe absorbe peu et trp 4 fois plus absorbant que tyr au max d'absorption. :Phe (250 nm); Trp (280 nm) ; Tyr (273 nm)
Cystéine (Cys) Soufré, 1 % des AA. Riches : poissons ; pauvres : lait de vache, lentilles. Méthionine (Met)* Soufré, 2 % des AA. Riches: oeufs ; pauvres : graines végétales.
* Indispensable (alimentation)
Sérine (Ser) Alcool, 4 % des AA. Riches : oeufs, lait, riz ; pauvres : pommes de terre. Thréonine (Thr) Alcool, 4 % des AA. Riches : oeufs ; pauvres : pain, haricots verts, oléagineux.
Lysine (Lys)* Basique, 8 % des AA. Riches: viande, abats ; pauvres : pain, olĂŠagineux. Arginine (Arg) Basique, 7 % des AA. Riches: noix, riz ; pauvres : betteraves, carottes, pain. Histidine (His) Basique, 3 % des AA. Riches : viande, abats ; pauvres : chou-fleur.
* Indispensable (alimentation)
Aspartate (Asp) Acide, 6 % des AA. Riches : P. T, cacahuètes Pauvres : soja, pain. Asparagine (Asn ou Asp-NH2) Amidé, 3 % des AA. Glutamate (Glu) Acide, 9 % des AA (le + fréquent 20 AA) Riches : pain, céréales ; Pauvres : légumes secs. Glutamine (Gln ou Glu-NH2) Amidé, 9 % des AA. Le + abondant AA libres circulation / sang.
Proline (Pro) Seul AA /amine IIaire (non plus Iaire, NH → NH ), 4 % AA Riches : pain, lait ; pauvres : pommes de terre. 3
+
2
+
319 autres aa recensés/prot. (Outre 20 aa fréquemment utilisés pour synthèse) Acide aminé
Protéine
N-formyl-L-méthionine
méthionine-tRNA ligase methionyl-tRNA formyltransférase
3-hydroxy-L-proline
procollagène-proline 3-dioxygénase
L-cysteinyl molybdoptérine
métalloprotéine à molybdene phosphoprotéine
N-palmitoyl-glycine
glycylpeptide N-palmitoyltransférase
L-lysine methyl ester
protéine-lysine O-méthyltransférase
O-(phosphoglycosyl-Dmannose-1-phosphoryl)-L-sérine
sérine-protéine mannose-1phosphotransférase
C H3N
C
OH H
O
O
O
+H
H3N
C
O
C
H
-H
H2N
C
O
C
H
R
R
R
A
A
A-
1 molécule d’aa ne peut ∃, en solution aqueuse, que sous l’une des 3 formes Prépondérance de l’une de ces 3 formes / pK et pH de solution ([H +]) Au pHi (isoélectrique ou isoionique), charge nette de l’aa nulle ; A± domine. K1 =[A ±][H+]/[A+] K2 =[A-][H+] /[A±] [A-] = [A+] d'où [H+]2 = K1 K2 ⇒ pHi = (pK1+pK2) / 2
O
H2N
C
OH
C
H
O
O C
*C
C
OH NH2
H
C
OH NH2
H
R L-aminoacide
R Formule générale
R D-aminoacide
Chiralité/Absorption: AA dévient plan de lumière polarisante (*C, série D et L) sauf Gly. Solubilité : */eau (1-100g/L) en fction de gpement fctionnel et R . */solvant, de qlques mg/L Réactivité : Estérification; Décarboxylation (Ser/éthanolamine ;His/histamine) ; Acylation ; Désamination..
Protéines* Pas de vie sans support protéique (∃ / cellules, sang,.) Molécules actives : chacune remplit 1 fonction / vie. PM 25000-150000. Protéine (< 100 aa) = polypeptide (peptide pour les + petits (< 50 aa) et protéines pour les + gros ; actuellement, protéine englobe tout)
Plupart ⊃ 100-200 aa. ∃ petits < 10 aa et géantes > 600 aa reliés par liaison peptidique: stable, plane, fixe (pas libre rotation C-N) Liaison se fait entre acide (COOH) d’1 aa et amine (NH2) de l'autre. ⇒ Condensation : 1 molécule d'eau éliminée (Liaison nécessite consommation d’1 ATP)
-* Du grec prôtos, premier - Abondance cellulaire : c'est le premier constituant après eau (10 fois plus que glucides) - Diversité : assurent fctions vitales + support de la spécificité des "espèces".
Très stable et son hydrolyse spontanée est quasiment nulle. Struct du gpe peptidique rigide : 6 atomes coplanaires. 2 Cα se placent de part et d'autre du pont C-N/configuration trans la + favorable thermodynamique
Protéines classées en 2 gpes : - Holoprotéines : constituées que d'aa - Hétéroprotéines contiennent : * 1 groupe prosthétique minéral, métallique ou organique * 1 partie glucidique liée de manière covalente : glycoprotéines * 1 partie lipidique liée de manière covalente : lipoprotéines Caractéristiq spatiales des prot. → Clé de leurs fctions - Iaire : composition et séquence des AA - IIaire: struct. /organisat spécifique d’1 fragt d'aa consécutif/espace - IIIaire : organisat spatiale complète des structures de la molécule - IVaire: organisat prot.; assemblages de ss-unités
Iaire Séquence ou ordre dans lequel sont enchaînés les aa Ex: construire peptide 10 résidus par 20 AA ⇒ 2012 possibilités
Spécifique et varie selon espèces. Cas d’Hb : Homme, 104ème aa : Leu. Singe, 104ème aa : Arg.
Détermination de composition et enchaînement des aa se fait par : Méthodes directes : dégradation récurrente d'Edman, ; spectrométrie de masse. Méthodes indirectes à partir de la séquence d‘1 ARN messager dont traduction basée sur le code génétique.
Glucagon Peptide de 29 aa. Sécrété par pancréas qd % Glu ↓/sang Effet hyperglycémiant
Insuline* Hormone → diabétiques
(quotidiennement)
Petite protéine ⊃ 2 chaînes ≠ (A 21 aa et B 30 aa) reliées par ponts disulfures Sécrétée par pancréas qd % Glu ↑/sang Effet hypoglycémiant *Sanger (1950) : C254H377N65O76S6
IIaire Organisation spatiale de la Iaire : enroulement. Liaisons H entre 2 liaisons peptidiques (N…O)*. Dans l’espace, chaîne se présente en hélice α. (majorité des protéines sont sous cette forme)
Rares protéines en Feuillets β (ou plissés) (Protéines fibreuses, cas du β -Kératine).
*- Impact de la géométrie de la liaison peptidique sur la structure - Rigidité: conduira à un squelette défini et stable; - Libertés de rotation atomes aux extrémités : permettront à structure d'adopter différentes conformations /espace.
Hélice alpha:+ fréquente, ch forme spirtale. ≠ spires stabilisées par liais. H (intracaténaire) Feuillet bêta : liais. H (intercaténaire) entre segments ch // uns/autres→ forme plissée Le coude ou « turn » : - ordonnée forme lien court entre st. ordonnées (hélice-hélice, feuillet-feuillet ou feuillet-hélice). La pelote statistique : Forme irrégulière , régions pas structurées/conformations périodiques comme hélice ou feuillet
IIIaire Résultat liaisons (H, hydrophobes, covalentes,…) entre aa de même chaîne Structure Iaire d'une protéine détermine sa structure IIIaire. ⇒ Surenroulement : repliement hélice α sur elle même
- Covalente : pont disulfure - Ioniques/gpements chargés de signe opposé - Electrostatiques/dipôles et gpts ionisés:liais H - Hydrophobes (force Van der Waals)
Myoglobine Transport O2/cytoplasme cellulaire (au niveau muscle) Fonctionnellement idem à Hb, mais constituée d’1 ss-unité
IVaire Résultat de liaisons (hydrogène, hydrophobe, électrovalente, covalente,..) entre AA de chaînes peptidiques ≠ mais unies en 1 seule molécule.
Association des chaînes polypeptidiques (sous-unité ou protomère). Hémoglobine : (25 ans de recherche) Protéine/GR du sang, transportant O2 Constituée de 4 ss-unités peptidiques (2 alpha + 2 bêta) associées chacune à 1 cofacteur : l'hème (→ 4 gpments organiques) chacun ⊃ 1 atome Fe (où se lie O2). ∃ ~ 5 Millions de GR/mm3 de sang. Chaque GR ⊃ ~ 280 Millions d’Hb Rq : Protéines formées que d’1 seule chaîne d'aa ⇒ pas de str. IVaire - Association protomères ⇒ fctions de contrôle (Enz protéine-kinase dépendante de l'AMP cyclique) - Interaction entre protomères , moyen très précis de régulation : Enzys allostériques, récepteurs Mbaires - isoformes prot : mêmes fctions, mais struct dépendante du tissu soit au niveau du nbre de protomères/association soit différence au niveau du protomère.
α-Kératine : ∃ / ongles, corne Ax, cheveux, poils et plumes Formée de fibrilles constituées de 3 hélices α reliées par ponts disulfure. Collagène : Protéine du tissu conjonctif, des os, cartilage; Hélice très allongée 1 aa / 3 est Gly; 1 aa / 10 soit Pro ou OHPro. La + abondante (en qtité) / organisme.
Derme de peau ⊃ fibres collagène→ souplesse et résistance. Manque collagène, symptôme caractéristique du scorbut ⇒ hémorragies suite éclatement artères sous effet Pon sanguine.
γ globulines = Acs = Ig :
Construction d’un modèle structural d’une immunoglobuline G
25
Forme finale de protéine dépend des liaisons. Dans certaines conditions, liens peuvent se défaire→ chgt forme. Fonction biologique d’1 protéine est intimement liée à sa forme. Protéine modifiée ne peut plus assurer sa fonction ⇒ Dénaturée. Relation « Structure ↔ Fonction » Principaux facteurs → Dénaturation : Chaleur : agitation thermique ⇒ briser faibles liaisons H reliant les R. pH extrême: Plupart se dénaturent en milieu trop acide ou trop alcalin Milieu très concentré en électrolytes (ions) Solvant organique : hydrophobes → extérieur, hydrophiles → centre
Organisme ne peut faire de réserves en protéines (aa). Surplus → en ε utile, ou → Gras : Ces transformations → azote (gpt amine des aa) qui → urée (déchet, qui ensuite éliminée par reins).
Résumé Macromolécules :1 gd nbre d'unités, AA (50 à +ieurs milliers); 20 AA essentiels Constituent plus de la moitié du poids sec des organismes. Remplissent de nbreux rôles : Structure ; Transport ; Stockage ; Signal Enchaînement : structure primaire Hélices ou Feuillets : structure secondaire Repliement/espace : structure tertiaire Association de sous-unités : structure quaternaire Forme : * fibreuse (agrégats ordonnés / 1 conformation principale; cas Muscles) ; * globulaire (/interactions , domaine α; β; ou α/β, cas Hb) Composition : glycoprotéine; lipoprotéine Fonction biologique: Enzymes Protéines de transport Protéines de réserve Protéines contractiles et motrices Protéines structurales Protéines de défense Protéines régulatrices
amylase, Chymosine, Polymérase Hémoglobine, sérum albumine Ovalbumine, caséine, ferritine Actine, myosine, Kératine, Fibroïne, collagène Anticorps, toxine, thrombine Insuline, hormone de croissance