La structure des protéines
Jeannine Yon-Kahn
Guy Hervé
Jean-Luc Popot
sciences
Introduction1
Chapitre 1 ¤ Les acides aminés, motifs élémentaires3
1.1 Identification3
1.1.1 Asymétrie structurale6
1.2 Propriétés optiques7
1.2.1 Absorption de la lumière7
1.2.2 Fluorescence8
1.2.3 Propriétés rotatoires9
1.3 Propriétés ioniques10
1.4 Modifications chimiques du groupe aminé11
1.4.1 Réactions d'addition sur une double liaison15
1.4.2 Attaque par un réactif électrophile16
1.5 Modifications chimiques du groupe carboxyle16
1.6 Modifications chimiques des chaînes latérales17
1.6.1 Groupes alpha-aminés et bêta-carboxyliques17
1.6.2 Histidine18
1.6.3 Sérine et thréonine20
1.6.4 Tyrosine20
1.6.5 Cytéine22
1.6.6 Méthionine26
1.6.7 Arginine26
1.6.8 Tryptophane26
1.7 Techniques de séparation des acides aminés27
1.7.1 Électrophorèse27
1.7.2 Chromatographie27
Chapitre 2 ¤ La structure primaire des protéines31
2.1 Définition31
2.2 Détermination de la structure primaire des protéines32
2.2.1 Avancées historiques32
2.2.2 Principes des méthodes de détermination des séquences protéiques35
2.2.3 Spectrométrie de masse35
2.3 Composition globale des protéines en acides aminés36
2.4 Études des alignements de séquences : taxonomie des protéines37
2.5 Synthèse peptidique37
Chapitre 3 ¤ La structure secondaire41
3.1 Définition41
3.2 Conformations du squelette peptidique43
3.2.1 Hélices45
3.2.2 Déformation des hélices alpha47
3.2.3 Structures bêta47
3.2.4 Retournement de la chaîne : les virages48
3.2.5 Autres structures régulières49
3.2.6 Caractéristiques des structures non régulières50
3.2.7 Méthodes d'étude des structures secondaires50
3.3 Transformation des hélices alpha en structure bêta52
Chapitre 4 ¤ La structure supersecondaire55
4.1 Définition55
4.2 Association d'hélices alpha55
4.3 Association de brins bêta56
4.4 Interactions entre hélices alpha et segments bêta58
4.5 Interactions entre hélices alpha ou brins bêta et segments dépourvus de structure régulière62
4.6 Principaux motifs structuraux présents dans les protéines62
Chapitre 5 ¤ La structure tertiaire67
5.1 Définition67
5.2 Caractéristiques de la structure protéique68
5.2.1 Absence de noeud dans la chaîne polypeptidique68
5.2.2 Compacité des protéines globulaires68
5.2.3 Les résidus hydrophobes ont tendance à se rassembler à l'intérieur de la protéine68
5.2.4 Domaines structuraux69
5.2.5 Protéines intrinsèquement non structurées73
5.3 Classification des protéines basée sur la structure73
5.4 Métalloprotéines74
5.5 Méthodes de détermination des structures protéiques75
5.5.1 Cristallographie aux rayons X76
5.5.2 Résonance magnétique nucléaire77
5.5.3 Microscopie électronique77
Chapitre 6 ¤ La structure quaternaire79
6.1 Définition79
6.2 Mode d'association des sous-unités79
6.3 Protéines oligomériques possédant des sous-unités différentes84
6.4 Assemblage de protéines85
6.5 Méthodes d'étude des structures quaternaires87
Chapitre 7 ¤ Structure des protéines membranaires89
7.1 Localisation et fonction des protéines membranaires89
7.2 Environnement membranaire93
7.2.1 Composition et organisation93
7.3 Expression, extraction, purification et manipulation des protéines membranaires en solution aqueuse98
7.3.1 Expression98
7.3.2 Extraction100
7.3.3 Instabilité des protéines membranaires en solution détergente et alternative aux détergents102
7.4 Étude structurale des protéines membranaires107
7.4.1 Microscopie électronique107
7.4.2 Radiocristallographie109
7.4.3 Résonance magnétique nucléaire110
7.4.4 Autres approches fournissant des informations structurales111
7.5 Structure des protéines membranaires112
7.5.1 Mode d'association avec la membrane. Structure quaternaire. Supercomplexes113
7.5.2 Structure secondaire et tertiaire des régions transmembranaires120
7.5.2 Interactions stabilisantes. Cofacteurs. Lipides122
Chapitre 8 ¤ Énergétique conformationnelle129
8.1 Interactions intramoléculaires résultant de facteurs intrinsèques à la protéine130
8.1.1 Interactions non covalentes130
8.1.2 Interactions covalentes : les ponts disulfure134
8.2 Interactions intramoléculaires influencées par le solvant135
8.2.1 Liaisons hydrogène135
8.2.2 Interactions électrostatiques139
8.3 Interactions intramoléculaires déterminées par le solvant140
8.3.1 Structure de l'eau liquide140
8.3.2 Interactions hydrophobes141
8.3.3 Rôle des interactions hydrophobes dans la stabilisation de la structure protéique142
8.3.4 Surface accessible143
8.4 Interactions entre le solvant et les molécules protéiques144
8.5 Énergie conformationnelle totale d'une protéine147
Chapitre 9 ¤ Formation de la structure tridimensionnelle : le repliement des protéines149
9.1 Le postulat d'Anfinsen et le paradoxe de Levinthal151
9.2 Chemins de repliement151
9.2.1 Modèles de repliement151
9.2.2 Détection et caractérisation des intermédiaires de repliement153
9.2.3 La nouvelle vision du repliement : le paysage énergétique et l'entonnoir de repliement154
9.3 Repliement des protéines dans l'environnement cellulaire156
9.4 Repliements incorrects, agrégation et conséquences pathologiques158
9.5 Repliement des protéines membranaires, in vivo et in vitro163
9.5.1 Synthèse in vivo164
9.5.2 Repliement in vitro des protéines membranaires168
Chapitre 10 ¤ Prédictions conformationnelles173
10.1 Introduction173
10.2 Problèmes rencontrés dans les calculs conformationnels174
10.2.1 Le problème des multiminima174
10.2.2 Le grand nombre d'interactions174
10.2.3 L'effet de solvant175
10.3 Prédictions de structures secondaires175
10.4 Prédictions de la structure tertiaire178
Chapitre 11 ¤ Dynamique structurale183
11.1 Différents types de mouvements dans les protéines184
11.2 Preuves expérimentales des mouvements dans les protéines184
11.3 Approches théoriques : la dynamique moléculaire186
11.4 Autres méthodes189
Index195
Crédits photographiques199