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La molécule
d'hémoglobine est un exemple utile pour la démonstration
des structures protéiques sous forme de sous-unités.
Cette protéine fixatrice d'oxygène présente un
poids moléculaire de 68 Kd en solution neutre. Quatres chaînes
polypéptidiques sous forme de deux paires de chaînes
alpha et béta constitue constitue la structure alpha2-béta2
de l'hémoglobine. Le pliage de type globine comporte 8
ségments alpha-hélicoïdaux désignés
par les lettres A à H en commençant par l'extrémité
N-terminale. Contrairement à la myoglobine, les chaînes
d'hémoglobine présentent des résidus de surface
apolaires et hydrophobes qui permettent l'association des chaînes
entre elles.
Ainsi l'élément
B15 (Résidu 15 de l'hélice B) est un résidu de
leucine ou de valine (lysine dans le cas de myoglobine), l'élément
FG2 (résidu 2 du coude entre les hélices F et G) est
un résidu de leucine dans les deux chaînes de l'hémoglobine
(histidine dans le cas de myoglobine). Les contacts entre les chaînes
alpha et béta sont essentiellement de type hydrophobe. Environ
un tiers d'entre eux font intervenir des liaisons H et des interactions
hydrostatiques entre des radicaux polaires. Un
groupement prosthétique hème est situé
dans une crevasse ou poche non polaire entre les hélices B,
E, F et G. L'atome de fer de L'hème est unie par une liaison
de coordination (liaison dative) à l'atome d'azote de l'Histidine
F8 (résidu 8 de l'hélice F), appelé également
Histidine proximale.Une autre Histidine E7 dite Histidine
distale est située de l'autre côté du plan
de L'hème sans être lié à celui ci. Quand
l'oxygène se fixe, il occupe la sixième position de
coordination sur l'atome de fer. L'apoprotéine stabilise le
fer dans l'état ferreux Fe++. En absence de cette protection
Fe++ est oxydé en Fe+++ (état ferrique) par l'oxygène
(état où il ne pourra plus se lier à l'oxygène).
Etude
de la relation structure-fonctio à l'aide de Rastop
Lire
le préambule attentivement
Pour
pouvoir étudier la structure des protéines vous devez
télécharger le logiciel RasTop et les protéines
à étudier à partir d'une banque de données
(voir lien sur PDB). Parfois,
il devient nécéssaire de renommer les fichiers des structures
téléchargées en leur ajoutant l'extention '.pdb').
Une copie du programme RasMol est accessible sur internet (http://sourceforge.net/projects/rastop/).
Il suffit de le charger et ouvrire à l'aide du menu le fichier
correspondant à la structure de l'Hémoglobine préalablement
téléchargée.
Cet exemple d'études des structures des protéines porte
sur l'Hémoglobine (structure: alpha2-béta2).
Le
logiciel RasTop est utilisé pour visualiser dans les
trois dimensions la structure de la protéines. L'image ci dessous
est donnée à titre indicatif. Les Etudiants seront amenés
à monter leurs propres images illustrant une ou plusieurs information
sur la molécules qu'ils ont choisit d'étudier.
1/ Le
fichier du travail porte la référence 1A3N (http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1A3N)
montrant l'hémoglobine sous
son état déoxygéné. Une copie
est disponible sur votre CD (dans le répertoire PROTEINES
DATA (CD)). Une fois le fichier (format pdb) est téléchargé
de la banque de données placée sur le réseau
internet et ouvert par RasTop, il donne une image semblable à
celle de la figure 1 ci contre.
Pour
tourner la molecules dans tous les sens, maintenez enfoncé
le bouton gauche de de la souiris tout en la glissant dans un sens
ou l'autre.
Pour effectuer un zoom, maintenir enfoncée la touche shift
(Î) tout en déplaçant la souris sur la position
bouton gauche enfoncé.
2/
Pour transformer le fond de l'image du noir au blanc, activer la palette
des couleurs et choisir dedans 'background' et clic sur la couleur
blanche. Sinon, saisissez dans la boite des commandes de RasTop
(Edit --> Command) (voir
explications) "set background white" et valider par le
bouton 'OK' (Figure 2).
Si vous voulez sauvegarder cette image (format BMP) sur le disque
dur de votre ordinateur (avec un nom hemoglobine2.gif), choisir 'file'
--> 'export' --> 'image', choisir le répertoire de stockage,
donner un nom (ex:hemoglobine2) et valider.
Pour avoir des informations sur la molecule, selectionner le 7e.bouton
de la deuxième rangée de la fenêtre RasTop. Sinon
saisir 'show information' ou 'show sequence' dans la
boite des commandes. Vous constater que les chaînes alpha sont
nommées A et C. Les chaînes béta sont B et D.
Pour rappel l'hémoglobine est une structure alpha2-béta2.
3/
Pour rendre plus visibles les 4 chaînes polypeptidiques de l'hémoglobine,
affectez une couleur à chacune d'elles en sélectionnant
'chain' dans le menu 'Atoms' -->
'Color' --> 'Chain' (Figure3).
pour localiser L'hème selectionner dans les listes déroulantes
(2e.rangée) 'element' et 'ligand', successivement, selectionner
avec le bouton 'saisir nouvelle selection (dans la mêmme rangée,
juste après les listes déroulantes) et activer la palette
des couleur sur 'atoms' et selectionner une couleur ex: rouge (red)).
Sinon, saisir 'select hem' dans la boîte des commandes
et valider par la touche entrée. Ensuite affecter la couleur
à L'hème en saisissant 'color red' et validez.
Pour le distinguer des autres motifs sélectionner sa visualisation
sous forme batonnets (Sticks) (12e. bouton
de la deuxième rangée de la fenêtre RasTop). Sinon
. Dans votre compte-Rendu, discutez la structure sous forme
de 4 chaînes polypeptidique ainsi que le rôle de L'hème.
De façon générale, tous les groupes associés
aux protéines (hème, ligands, nucléotides,..)
peuvent être sélectionnés par la commande 'select
ligand' (Figure 4)
4.
Pour voir la structure secondaire de la molécule (hélices
alpha, baonnets béta) selectionner dans les listes déroulantes
'element' et 'protein', activer 'nouvelle selection' (bouton juste
après les listes déroulantes), activer palette des couleurs
sur 'Ribbons' et selectionner la couleur de votre choix. Sinon, saisissez
dans la boite des commandes de RasTop "select protein' et valider
(OK) Ribbons et valider puis color
green. Ceci génère une image comme celle de la Figure
5 a. Celle ci présente
des motifs altérant la clareté de l'image. Ceux ci peuvent
être enlever par l'activation dans l'ordre du 13e. et du 14e.
bouton (affichage en ruban) de la deuxième rangée de
la fenêtre. On obtentient l'mage de la figure
5 b.
Vous
puvez sauvegarder votre molécule sous forme de scripte sur
lequel vous continuer à travailler après en l'affichant
par RasTop. Ceci est possible par le menu 'save'
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