Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les...
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Physicochimie de MacromoléculesBiochimie Structurale
James SturgisJean-Pierre Duneau
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Sommaire
But du programme Organisation des
enseignements Organisation de l'examen Resources
Les molécules d'étude: hémoglobine et myoglobine
– Pourquoi ces protéines– Rôles physiologiques– Fonction biochimiques– Structures
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But du programme
Donner une introduction
– A la physicochimiedes protéines
– A l'analyse de la fonction
– Aux relations structurefonction
Voir le role des molèles dans la compréhension
Voir comment sont présentés des résultats
Renforcer votre anglais scientifique.
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Organisation des Enseignements
Les Cours (JS) Essentiellement un
modèle l'hémoglobine mais les idées sont générales....
Les TD (JPD) Analyse des données
– Pratiquer la conversion des mesures experimentales en valeurs utiles.
– Comment lire un article scientifique.
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Sommaire des cours
Chapitre 1: Introduction Chapitre 2: Cooperativité et Allostérie Chapitre 3: Méchanique de l'hémoglobine Chapitre 4: MWC et Modulateurs Chapitre 5: Au dela de MWC, la cinétique. Chapitre 6: La dynamique d'une protéine.
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Organisation de l'examen
Une Exercise
Une question de synthèse au choix.
Seront inclus dans l'examen:– Les cours– Les TD
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Resources
Les transparents – Site web du département
ou du laboratoire
Les TD– Site web du département
ou du laboratoire.
Les articles (essentiellement en Anglais) pour approfondissement.
http://biologie.univmrs.fr/
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Pourquoi les Hémoglobines?
Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960
Hommage à deux des géants de la Biochimie
● Jeffries Wyman
● Max Perutz
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Pourquoi les Hémoglobines?
Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960
Structure de Myoglobine de Kendrew et al. Nature 1960
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Pourqoui des Hémoglobines
Toujours d'actualité Plus de 200000 articles dans pubmed 4000 dans 2012 Une protéine de référence
– Facile a purifier– D'interêt médicale évident– Ouvert a plusieurs méthodes d'étude biophysiques– Tout à été faite avec!
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Rôles des Hémoglobines
Fonctions Physiologiques Fonctions Cellulaires Fonctions Biochimiques
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Rôles des Hémoglobines
Fonctions Physiologiques– Transport d'oxygène– Stockage d'oxygène– Detoxification
Fonctions Biochimiques
Hémoglobines de mamifère
● Chargement d'oxygène dans les poumons
● Libération dans les tissus
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Rôles des Hémoglobines
Fonctions Physiologiques– Transport d'oxygène– Stockage d'oxygène– Detoxification
Fonctions Biochimiques
Myoglobines de mamifère
● Stockage d'oxygène dans les muscles
● Libération en cas de besoin aigu.
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Rôles des Hémoglobines
Fonctions Physiologiques– Transport d'oxygène– Stockage d'oxygène– Detoxification
Fonctions Biochimiques
Hémoglobines des légumes
● Maintien de régions dépourvues d'oxygène.
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Rôles des Hémoglobines
Fonctions Physiologiques
Fonctions Biochimiques– Liaison d'oxygène
Saturation [Oxygène]
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Concentration d'oxygène
Les unités standard de concentration sont M (moles dm-3) mais pour des gaz comment faire?– PV = nRT ou n/V = P/RT– Proportionelle à
la pression, L'inverse de la temperature La fraction molaire
– 1 mole de gaz idéal (TPS) 24,4 l
Normalement utilise la pression partielle de l'oxygène.– 1 bar = 99,93 kPa
= 750mm Hg (Torr)= 14,5psi = 0,987 atm.
– A TPS l'air a une pression partielle de 0,21bar d'oxygène et la concentration dans l'eau est 0,269mM.
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Hémoglobines
La couleur de l'hémoglobine est dû a l'absorption de lumière...
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Hémoglobines
La couleur dépend de la liaison d'oxygène.– rose “oxyhémoglobine”– bleu
“desoxyhémoglobine”
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Hémoglobines
La couleur est dû au cofacteur lié à la protéine.
l'héme elle est composé
– d'une partie organique la protoporphyrine IX
– une atome de fer.
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Hémoglobines
L'héme est composé – d'une partie organique la
protoporphyrine IX– une atome de fer.
Le fer peut etre– Fe(II) ferreux comme
dans l'oxyhémoglobine– Fe(III) ferrique comme
dans la methémoglobine.
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Hémoglobines – structure
● La protéine sert à tenir l'hème.
● Régule sa chimie:– Hémoglobine– Cytochromes
● Régule l'accès a l'hème
● Maintenir sa solubilité...
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Hémoglobines – structure
Une protéine est une structure complexe...
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Hémoglobines – structure
Une protéine est une structure complexe...
L'hémoglobine A est une tetramère– deux chaines et deux
chaines .
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Hémoglobines – structure
Une protéine est une structure complexe...
L'hémoglobine A est une tetramère
2
2
Les monomères ont des structures similaires.– 43% identité– 2,15 A rmsd. Structure des monomères d'hémoglobine
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Hémoglobines – structure
Une protéine est une structure complexe...
L'hémoglobine A est une tetramère
2
2
Les monomères ont des structures similaires.
Une structure tout .
Monomère d'hémoglobine
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Hémoglobines – structure
8 hélices – A à H
Monomère d'hémoglobine
A
BC
D
EFG
H
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Hémoglobines – structure
8 hélices – A à H
Organisé dans une sandwich:– AEF sur BGH
Monomère d'hémoglobine
A
BC
D
EFG
H
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Hémoglobines – structure
8 hélices – A à H
Organisé dans une sandwich:– AEF sur BGH
L'héme coincé entre les hélices E et F.
Monomère d'hémoglobine
A
BC
D
EFG
H
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Hémoglobines – structure
8 hélices – A à H
Organisé dans une sandwich:– AEF sur BGH
L'héme coincé entre les hélices E et F.
Des résidus importants– His F8
Liaison de l'hème
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Hémoglobines – structure
8 hélices – A à H
Organisé dans une sandwich:– AEF sur BGH
L'héme coincé entre les hélices E et F.
Des résidus importants– His F8 et His E6
Liaison de l'hème
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Hémoglobines – structure
8 hélices – A à H
Organisé dans une sandwich:– AEF sur BGH
L'héme coincé entre les hélices E et F.
Des résidus importants– His F8 et His E6– Lys E10 et His CD3
Liaison de l'hème
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Hémoglobines – structure
8 hélices – A à H
Organisé dans une sandwich:– AEF sur BGH
L'héme coincé entre les hélices E et F.
Des résidus importants Interieur hydrophobe
L'intérieur
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Hémoglobines – structure
8 hélices – A à H
Organisé dans une sandwich:– AEF sur BGH
L'héme coincé entre les hélices E et F.
Des résidus importants Interieur hydrophobe Surface hydrophile
La surface
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Hémoglobine – structure
L'hémoglobine
Le tetramère Dans une tetramère... Contacts entre
sous-unités– .
– 1 et
2.
– pas de contact .
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Hémoglobine – structure
Dans une tetramère... Contacts entre
sous-unités– .
– 1 et
2.
– pas de contact .
Interactions– Ponts salins– Liaisons hydrogène– Interactions hydrophobes
L'hémoglobine
Surface d'interactions
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Hémoglobine – la suite...
Comment fonctionne cette protéine?
Pourquoi est elle une tetramère?
Comment comprendre la fonctionnement d'une protéine?
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Cooperativité et Allostérie
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Cooperativité
Qu'es la cooperativité? Comment peut-on mesurer
la cooperativité? Quelles sont les origines
moléculaire de la cooperativité?
Comment appliqué les idées de la cooperativité à l'hémoglobine?
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Coopérativité
L'étude de l'affinité
Pour la Myoglobine (une protéine avec un seul site de liaison) on peut definir un equilibre:
Mb + O2 ⇔ MbO
2
avec une constante d'equilibre:
K=[MbO2]
[Mb ][O2]
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Coopérativité
L'étude de l'affinité
Ce modèle nous permet à prédire la saturation:
Y=[MbO2]
[Mb ][MbO2]
Y=K [O2]
1K [O2]
Y=[O2]
P50[O2 ]Ce modèle prédit bien le comportementde la Myoglobine à l'équilibre P
50=1Torr
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Coopérativité
L'étude de l'affinité
Le modèle équivalent pour l'hémoglobine:
Y=[HbmonoO2]
[Hbmono ][O2 ]
Y=K [O2]
1K [O2]
Ce modèle ne prédit pas bien le comportement de l'hémoglobine.
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Coopérativité
La forme de la courbe pour:
– Myoglobine est hyperbolique– Hémoglobine est sigmoïde
Ca augmente sa capacité de transport.
C'est dû à la coopérativité.
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Coopérativité
La forme de la courbe pour:
– Myoglobine est hyperbolique– Hémoglobine est sigmoïde
Ca augmente sa capacité de transport.
C'est dû à la coopérativité.
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Coopérativité
La forme de la courbe pour:
– Myoglobine est hyperbolique– Hémoglobine est sigmoïde
Ca augmente sa capacité de transport.
C'est dû à la coopérativité.
– Liaison d'un ligand augmente l'affinité.
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Coopérativité
Pour la Myoglobine on a défini l'equilibre:
Mb + O2 ⇔ MbO
2
avec une constante d'equilibre:
K=[MbO2]
[Mb ][O2]
Pour l'Hémoglobine on peut definir l'equilibre:
Hb + nO2 ⇔ HbnO
2
avec une constante d'equilibre:
K=[HbnO2]
[Hb ][O2 ]n
Hill 1913tous les oxygènes se lient au même moment.
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Coopérativité
Y=[HbnO2]
[Hb ][HbnO2]
Y=K×[O 2]
n
1K×[O2 ]n
Y=[O2]
n
P50n[O 2]
n
Pour l'Hémoglobine on peut definir l'equilibre:
Hb + nO2 ⇔ HbnO
2
avec une constante d'equilibre:
K=[HbnO2]
[Hb ][O2 ]n
Hill 1913tous les oxygènes se lient au même moment.
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Coopérativité
Pour l'Hémoglobine on peut definir l'equilibre:
Hb + nO2 ⇔ HbnO
2
Hill 1913tous les oxygènes se lient au même moment
Le modèle prédit bien la courbe pour l'hémoglobine avec n=2,8
Y=[O 2]
n
P50n[O2 ]
n
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Coopérativité
Egalement sur le graphique de Hill (1910)
Pour l'Hémoglobine on peut definir l'equilibre:
Hb + nO2 ⇔ HbnO
2
Hill 1913tous les oxygènes se lient au même moment
Le modèle prédit bien la courbe pour l'hémoglobine avec n=2,8
Y=[O 2]
n
P50n[O2 ]
n
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Coopérativité
La valeur de n est une mesure de la coopérativitén > 1 coopérativité positive.n < 1 coopérativité négative.Si n = 1 on a la même chose que pour la myoglobine.
Plus n est grand plus la courbe de saturation est sigmoïde
Y=[O 2]
n
P50n[O2 ]
n
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La valeur de n est une mesure de la coopérativitén > 1 coopérativité positive.n < 1 coopérativité négative.Si n = 1 on a la même chose que pour la myoglobine.
Plus n est grand plus la pente de la courbe de Hill est importante
Y=[O 2]
n
P50n[O2 ]
n
Coopérativité
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Coopérativité
La valeur de n est une mesure de la coopérativitén > 1 coopérativité positive.n < 1 coopérativité négative.Si n = 1 on a la même chose que pour la myoglobine.
Plus n est grand plus la pente de la courbe de titrage est importante
Y=[O 2]
n
P50n[O2 ]
n
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Coopérativité
Pour l'Hémoglobine on trouve:
Hb + 2,8 O2 ⇔ Hb 2,8O
2
Y=[O2]
2,8
P502,8
[O 2]2,8
Ce modèle prédit bien la coube de liaison:
Mais:Comment peut on lier 2,8 oxygène?Pourquoi 2,8 si c'est un tetramère?
C'est difficile de reconcillier la structure avec ce modèle phénomènologique.
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Coopérativité
Modèle simple de l'équilibre.
Permet de prédire la courbe de saturation.
Difficile à comprendre au niveau moléculaire la signification de 2,8.
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Deux sites
Pr + 2L ⇔ PrL + L ⇔ PrL2K
1K
2
K1=[PrL ]
[Pr ]×[L ]K2=
[PrL2]
[PrL ]×[L ]
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Deux sites
Pr + 2L ⇔ PrL + L ⇔ PrL2K
1K
2
K1=[PrL ]
[Pr ]×[L ]K2=
[PrL2]
[PrL ]×[L ]
PrL + L ⇔ Pr + 2L ⇔ PrL2
21
K1=[PrL ]
[Pr ]×[L ]K2=
[PrL2]
[Pr ]×[L]2
K1 =
1 et
2 = K
1K
2
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Deux sites
Ces modèles permettent de prédire la saturation
Y=[PrL ]2×[PrL2]
2×[Pr ][PrL][PrL2 ]
Y=0,5×K 1×[L ]K1×K 2×[L]
2
1K1×[L ]K 1×K2×[L ]2
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Deux sites
Ces modèles permettent de prédire la saturation
Y=0,5×K 1×[L ]K1×K 2×[L]
2
1K1×[L ]K 1×K2×[L ]2
Pour la courbe de Hill...
Y1−Y
=0,5×K 1×[L ]K1×K 2×[L]
2
10,5×K1×[L ]
Grande [L]
Petite [L]
Demi saturation
Y1−Y
≈2×K2×[L ]
Y1−Y
≈0,5×K 1×[L ]
[L ]=1
K 1×K2
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Deux sites
Graphique de Hill
Grande [L]
Petite [L]
Demi saturation
logY
1−Y =log 2×K 2log [L ]
logY
1−Y =log 0,5×K 1log [L ]
log [L] =−0,5×log K1×K 2
Symétrique autour de {0,5 x log(K1K
2),0}
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Deux sites – vue moléculaire
Au niveau moléculaire ilya deux formes possibles avec un ligand.
Site A
Site B
PrL
PrL
Pr PrLL
KA
KB
KA
KB
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Deux sites – vue moléculaire
Si les deux sites n'interagissent pas:
PrL
PrL
Pr PrLL
KA
KB
KA
KB
Un ligand dans un site ne modifie pas l'affinité de l'autre site et:
K1=
1=(K
A+K
B)
K1K
2=
2=K
AK
B
Nota: si les deux sont équivalentsK
1 = 2 K
A et K
2 = 0,5 K
A.
![Page 61: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/61.jpg)
Deux sites – vue moléculaire
Si les deux sites interagissent entre eux:
Un ligand dans un site modifie l'affinité de l'autre site et:
PrL
PrL
Pr PrLL
KA
KB
KA
KB
'
'
K A≠K A 'et
K B≠K B '
maisK A×K B '=K B×K A '
K1=K AK B
K1×K 2=K A×K B 'C'est un système coopératif
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Coopérativité
Si les deux sites interagissent entre eux:
PrL
PrL
Pr PrLL
KA
KB
KA
KB
'
'
C'est un système coopératif
SiK AK B
etKB 'K B
Cooperativité positive, liaison du premier ligand aide liaison du second.
![Page 63: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/63.jpg)
Coopérativité
Une mesure de la coopérativité est la pente à un taux de saturation de 50% du courbe de Hill. Ce qui donne 2,8 pour l'hémoglobine.
>1 cooperativité +ve<1 cooperativité ve
![Page 64: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/64.jpg)
Coopérativité
Au niveau moléculaire comment expliquer la coopérativité?
D'abord il faut plusieurs sites de fixation.
Il faut que les différentes sites interagissent:● Sites proches● Sites éloignés – changement de
structure de la protéine
Hémoglobine est un tétramère
Les sites sont loins l'un de l'autre
![Page 65: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/65.jpg)
Hémoglobine
Un modèle coopératif de l'hémoglobine est compliqué
4 sites de liaison (ABCD),16 formes differentes et32 constants d'equilibre!!!
![Page 66: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/66.jpg)
Hémoglobine
Hb Hb
Hb
Hb
Hb
Hb
Hb
Hb
Hb
Hb
HbHbHb
HbHbHb
Un modèle coopératif de l'hémoglobine est compliqué
4 sites de liaison (ABCD),16 formes differentes et32 constants d'equilibre!!!
![Page 67: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/67.jpg)
Hémoglobine
C'est trop compliqué pour être un bon modèle!
Hb Hb
Hb
Hb
Hb
Hb
Hb
Hb
Hb
Hb
HbHbHb
HbHbHb
Un modèle coopératif de l'hémoglobine est compliqué
4 sites de liaison (ABCD),16 formes differentes et32 constants d'equilibre!!!
Comment faire plus simple?Et comprendre ce qui se passe?
![Page 68: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/68.jpg)
Modèles Allostériques
Qu'es l'allostérie? Le modèle MWC. Comment parametriser le
modèle? Prédictions du modèle. Est le modèle raisonable?
![Page 69: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/69.jpg)
Modèles Allostériques
Pauling (1935) Monod, Wyman et Changeux (1965) Koshland, Nemethy et Flimer (1966) Wyman (1972)
![Page 70: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/70.jpg)
Modèles Allostériques
Minimum pour décrire l'hémoglobine:– 4 sites de liaison (c'est
un tetramère)– Cooperativité a longue
distance (plusieurs conformations)
![Page 71: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/71.jpg)
Modèles Allostériques
Des sites identiques
Minimum pour décrire l'hémoglobine:– 4 sites de liaison (c'est
un tetramère)– Cooperativité a longue
distance (plusieurs conformations)
![Page 72: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/72.jpg)
Modèles Allostériques
Deux conformations distinctesTendue (T) et Relachée (R)
Minimum pour décrire l'hémoglobine:– 4 sites de liaison (c'est
un tetramère)– Cooperativité a longue
distance (plusieurs conformations)
![Page 73: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/73.jpg)
Modèles Allostériques
4 sites identiques et indépendants
![Page 74: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/74.jpg)
Modèles Allostériques
Trois constants d'équilibre:– K
T l'affinité d'une site en
forme T
– KR l'affinité d'une site en
forme R
– L0 constant d'equilibre
entre les deux formes
KT=[TL ]
[T ]×[L]
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Modèles Allostériques
Trois constants d'équilibre:– K
T l'affinité d'une site en
forme T
– KR l'affinité d'une site en
forme R
– L0 constant d'equilibre
entre les deux formes
KT=[TL ]
[T ]×[L]
KR=[RL ]
[R]×[L ]
![Page 76: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/76.jpg)
Modèles Allostériques
Trois constants d'équilibre:– K
T l'affinité d'une site en
forme T
– KR l'affinité d'une site en
forme R
– L0 constant d'equilibre
entre les deux formes sans ligand.
L0=[R0]
[T 0]
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Modèles Allostériques
4KT[L]
L0
4KR[L]
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Modèles Allostériques
4KT[L]
L0
4KR[L]
L0c
c=K R
KT
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Modèles Allostériques
4KT[L] 3K
T[L]/2 2K
T[L]/3 K
T[L]/4
4KR[L] 3K
R[L]/2 2K
R[L]/3 K
R[L]/4
L0
L0c L
0c2 L
0c3 L
0c4
c=K R
KT
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Modèles Allostériques
4 3/2 2/3 /4
4c 3c/2 2c/3 .c/4
L0
L0c L
0c2 L
0c3 L
0c4
c=K R
KT
=KTL
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Modèles Allostériques
4 2 3 4
4L0cL
0
c=K R
KT
=KTL
6L0c2 4L
0c3 L
0c4
1
(1+)4
L0(1+c)4
Fonction de partition
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Modèles Allostériques
f T=1alpha
4
1alpha 4L0 1calpha
4
A partir de ces concentrations relatives il est possible de calculer la fraction en forme T...
4 62 43 4
4L0cL
0
c=K R
KT
=KTL
6L0c2 4L
0c3 L
0c4
1
(1+)4
L0(1+c)4
![Page 83: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/83.jpg)
Modèles Allostériques
Y=alpha 1alpha3
L0 c alpha1c alpha 3
1alpha4L0 1c alpha
4
A partir de ces concentrations relatives il est possible de calculer la fraction en forme Tou la saturation...
32 33 4
L0c
c=K R
KT
=KTL
3L0c2 3L
0c3 L
0c4
(1+)4
L0(1+c)4
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Modèles AllostériquesParamétrisation
Pour l'hémoglobine:
L0≈0,0001
K R≈1Torr−1
KT≈70Torr−1
c=0,014
Il faut trouver des paramètres pour le modèle qui le rapproche au maximum des observations
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Modèles AllostériquesPrédictions
La courbe de saturation refléte la conversion entre la forme T et la forme R.
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Modèles AllostériquesPrédictions
Le plupart des molécules d'hémoglobine ont 0 ou 4 ligandsil ny a presque jamais de la Hb.2O
2.
f Hb2O2=
6 alpha21L0 c
2
1alpha 4L01c alpha4
4 62 43 4
4L0cL
0
c=K R
KT
=KTL
6L0c2 4L
0c3 L
0c4
1
(1+)4
L0(1+c)4
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Modèles AllostériquesPrédictions
Le plupart des molécules d'hémoglobine ont 0 ou 4 ligandsil ny a presque jamais de la Hb.2O
2.
f Hb2O2=
6 alpha21L0 c
2
1alpha 4L01c alpha4
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Modèles Allostériques
Un bon modèle est– Predictive– Raisonable– Utile.
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Modèles Allostériques
Le plupart des observations fonctionelles sur l'hémoglobine à l'équilbre sont relativement bien prédites par le modèle de Monod, Wyman et Changeux.
Estque on peut mieux comprendre la structure dans le contexte du modèle?
Estque on peut incorporer dans le modèle les effets importants de modulateurs d'affinité?
4 sites identiques et équivalents
2 structures différentes T et R.
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Modèles Allostériques
L'affinité de l'hémoglobine est modulée par son environnement, pH CO
2, BPG.
Estque cela est facile à incorporer dans le modèle et nous aide a comprendre son comportement et sa fonciton?
Le plupart des observations fonctionelles sur l'hémoglobine à l'équilbre sont relativement bien prédites par le modèle de Monod, Wyman et Changeux.
Estque on peut mieux comprendre la structure dans le contexte du modèle?
Estque on peut incorporer dans le modèle les effets importants de modulateurs d'affinité?
![Page 91: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/91.jpg)
Méchanique de l'hémoglobine
![Page 92: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/92.jpg)
MWC et Structure
4 sites équivalents.– Sous unités similaires
(2,1 Å rms deviation)– Sites de liaison
similaires Hème Histidines distale et
proximale
2 structures T et R.
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MWC et Structure
4 sites équivalents.– Sous unités similaires
(2,1 Å rms deviation)– Sites de liaison
similaires Hème Histidines distale et
proximale
2 structures T et R.
![Page 94: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/94.jpg)
MWC et Structure
4 sites équivalents– Pas si loin de la vérité.
2 structures T et R.– Les structures de
l'oxyhémoglobine et la desoxyhémoglobine sont différentes...
Desoxyhémoglobine
Oxyhémoglobine
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MWC et Structure
4 sites équivalents– Pas si loin de la verité.
2 structures T et R.– Au moins mais ce n'est
pas déraisonnable.Desoxyhémoglobine
Oxyhémoglobine
![Page 96: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/96.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Quelles sont les liens entre la structure de Perutz et l'allostérie de Monod Wyman et Changeux?
Quelles sont les rôles de la chimie dans le fonctionnement d'une protéine?
![Page 97: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/97.jpg)
MWC et Structure
Une structure donne un vue statique...
mais souvent la fonction demande une dynamique...
Quelles sont les différences entre les deux stuctures?
Sontelles compatibles avec les deux états?
4 sites équivalents– Pas si loin de la vérité.
2 structures T et R.– Les structures de
l'oxyhémoglobine et la desoxyhémoglobine sont différentes...
![Page 98: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/98.jpg)
MWC et Structure
La symétrie est conservéemais il y un déplacement des sousunitées d'environ 2Å.
4 sites équivalents– Pas si loin de la vérité.
2 structures T et R.– Les deux structures ont
des structures tertiaires et quaternaires différentes?.
Desoxyhémoglobine
Oxyhémoglobine
![Page 99: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/99.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Comment une toute petite molécule O2 (Mr = 32)
d'une taille d'environ 2Å, peut-elle déplacer des enormes protéines (Mr = 67000) d'une taille de 50Å des longues distances?
Comment c'est déplacements changent-elles l'affinité pour l'oxygène?
![Page 100: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/100.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Comment peut-on integrer les effets de modulateurs dans la mechanique et l'allostérie?
Quelles sont les limitations de ce modèle qui relie la structure et la fonction de l'hémoglobine?
![Page 101: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/101.jpg)
Chimie du Fer
Pour comprendre comment l'hémoglobine fonctionne il faut regarder en détail....
L'oxygène se lie a une atome de Fe(II)...
![Page 102: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/102.jpg)
![Page 103: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/103.jpg)
Chimie du Fer
Les energies rélatives de ces orbitales dépendent des ligands:
Dans l'hème:Les ligands axiaux forts comme l'oxygène ou la cyanure favorisent les orbitaux Tg.
Les ligands axiaux faibles (eau ou rien) favorisent une dégénerescence des énergies.
Eg
Tg
OxyhèmoglobineDésoxyhèmoglobine
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Chimie du Fer
Les energies rélatives de ces orbitales dépendent des ligands:
Cela change les propriétes du fer et de l'hème:● Spin● Absorption● Forme
Haut spin 4/2 Bas spin (0)
Eg
Tg
OxyhèmoglobineDésoxyhèmoglobine
![Page 105: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/105.jpg)
Chimie du Fer
Les energies rélatives de ces orbitales dépendent des ligands:
Cela change les propriétes du fer et de l'hème:● Spin● Absorption● Forme
Pourpre Rose
Eg
Tg
OxyhèmoglobineDésoxyhèmoglobine
![Page 106: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/106.jpg)
Chimie du Fer
Les energies rélatives de ces orbitales dépendent des ligands:
Cela change les propriétes du fer et de l'hème:● Spin● Absorption● Forme
Eg
Tg
OxyhèmoglobineDésoxyhèmoglobine
Sphérique Cubique
![Page 107: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/107.jpg)
Chimie du Fer
Les energies rélatives de ces orbitales dépendent des ligands:
Cela change les propriétes du fer et de l'hème:● Spin● Absorption● Forme
OxyhèmoglobineDésoxyhèmoglobine
FerSphérique
FerCubique
Et la position du fer dans l'hème
Hors plan possible Hors plan plus difficile
![Page 108: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/108.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
La liaison de l'oxygène sur le fer modifie les orbitaux.
Le fer devient bas spin Le fer entre dans le
plan de l'hème Cela entraine l'autre
ligand axiale, l'histidine proximale.
Fer hors plan
Fer dans le plan
Oxygène
HF8HF8
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Mécanique de l'Hémoglobine
La liaison de l'oxygène demande également une glissement laterale de la porphyrine.
Qui entraine également l'histidine proximale.
![Page 110: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/110.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Ces deux mouvements déplace l'hélice F
Comment ces petites movements (environ 0,5Å) declenchent ils une changement de la structure quaternaire importante?
HF8HE6
![Page 111: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/111.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Des importants modifications de conformation des C-terminaux...
Une liaison hydrogène entre le tyrosine HC2 et la chaine peptidique (F8) est brisée.
Helice F
YHC2
HF8HE6
![Page 112: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/112.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Une liaison hydrogène entre le tyrosine HC2 et la chaine peptidique (F6) est brisée.
Cela libère le C terminal.
F Fe
Y
F Fe O2
Y
![Page 113: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/113.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
H146
pont salin avec D94
pont salinavec
Que font les C-terminaux des sous-unitées?– Sous unitée – Sous unitée
![Page 114: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/114.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Que font les C-terminaux des sous-unitées?– Sous unitée – Sous unitée
R141
pont salin pont salin D126
![Page 115: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/115.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Oxygenation d'une sous unité déstabilise une liaison .
Oxygenation d'une sous unité déstabilise deux liaisons
![Page 116: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/116.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Oxygenation d'une sous unité déstabilise une liaison .
Oxygenation d'une sous unité déstabilise deux liaisons
T R
6 ponts salins brisés par la transition TR
La transition est favorisé par liaison d'oxygène
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Mécanique de l'Hémoglobine
Comment une toute petite molécule O2 (Mr = 32)
d'une taille d'environ 2Å, peut-elle déplacer des enormes protéines (Mr = 67000) d'une taille de 50Å des longues distances?
Comment c'est déplacements changent-elles l'affinité pour l'oxygène?
![Page 118: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/118.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
T R Les oxygènes
destabilisent les ponts salins et ainsi rendent la transition TR plus facile.
![Page 119: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/119.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Les oxygènes destabilisent les ponts salins et ainsi rendent la transition TR plus facile.
c=K R
KT
T RL
0
c4L0
KT
4 KR
4
![Page 120: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/120.jpg)
Mécanique de l'Hémoglobine
Les oxygènes destabilisent les ponts salins et ainsi rendent la transition TR plus facile.
c > 1: KR>K
T donc la
transition augment l'affinité.
c=K R
KT
T RL
0
c4L0
KT
4 KR
4
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Mécanique de l'Hémoglobine
T R
Energ ie
On peut regarder également avec une diagramme energétique...– Sans Oxygène forme T– Avec Oxygène forme R
– KT plus petit que K
R.
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Mécanique de l'Hémoglobine
Liaison d'oxygène declenche une série de modifications structurales qui modifient les interactions entre sous-unités et ainsi favorise la forme R.
La forme R à une plus haute affinité parceque la structure est “préadapté” a la liaison, il n'y a pas des modifications de structure nécesaires.
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Mécanique de l'Hémoglobine
Comment peut-on integrer les effets de modulateurs dans la mechanique et l'allostérie?
Quelles sont les limitations de ce modèle qui relie la structure et la fonction de l'hémoglobine?
![Page 124: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/124.jpg)
Modulateurs
![Page 125: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/125.jpg)
Modulateurs
Qu'est un modulateur? Le modèle MWC. Mode d'action de certains
modulateurs? Les effets de pH.
![Page 126: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/126.jpg)
Quels sont:– ses effets et– leurs origines moléculaires et– importances physiologiques?
Comment peut-on les intégrer dans le modèle MWC?
Modulateurs
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
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Modulateurs
Sans CO2
Avec CO2
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
Le CO2 diminu l'affinité de
l'hémoglobine l'effet de Bohr
![Page 128: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/128.jpg)
Modulateurs
Sans CO2
Avec CO2
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
Le CO2 diminu l'affinité de
l'hémoglobine l'effet de Bohr
Bohr, Hasselbalch, and Krogh dans Skan. Arch. Physiol. 1904 mais l'effet de pH maintenant appeller effet de Bohr decouvert en 1909.
![Page 129: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/129.jpg)
Modulateurs
95%
80%
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
Le CO2 diminu l'affinité de l'hémoglobine.
Ca augment le transport d'oxygène
![Page 130: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/130.jpg)
Modulateurs
L'hémoglobine lie le CO2
T RHaute AffinitéBas Affinité
CO2
CO2
La forme T lie le CO2
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
![Page 131: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/131.jpg)
Modulateurs
L'hémoglobine lie le CO2
NH2 + CO
2
NHCOOH
Carbamylation des amines
Ca change une base (NH2) en acide (COOH).
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
![Page 132: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/132.jpg)
Modulateurs
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
Plusieurs amines sont carbamylées
Certains de ces changements electrostatiques favorisent la forme T.
14% du CO2 dans le sang veineux est lié
a l'hémoglobine en forme des carbamylates.
L'hémoglobine lie le CO2
![Page 133: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/133.jpg)
Modulateurs
Une vue simpliste.... comment l'integrer dans le cadre du modele MWC?
T R
Haute AffinitéBas Affinité
CO2
CO2
La forme T lie le CO
2
Deux formes T et RPlusieurs (n) sites dans chaque formeTous les sites identiques
T
R
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Modulateurs
Deux formes T et RPlusieurs (n) sites dans chaque formeTous les sites identiques
T
R
L0
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
![Page 135: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/135.jpg)
Modulateurs
Deux formes T et RPlusieurs (n) sites dans chaque formeTous les sites identiques K
T et K
R
T
R
L0
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
.nKT
.nKR
.(n1)KT/2
.(n1)KR/2
![Page 136: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/136.jpg)
Modulateurs
Deux formes T et RPlusieurs (n) sites dans chaque formeTous les sites identiques
T
R
L0
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
c=K R
KT
=KTL
L0c L
0c2
.n (n1)
.nc (n1)c
![Page 137: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/137.jpg)
Modulateurs
Deux formes T et RPlusieurs (n) sites dans chaque formeTous les sites identiques
T
R
L0
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
c=K R
KT
=KTL
L0c L
0c2
.n (n1)n
L0nc
L0(n1)nc2
1
L0 n!c2((n6)!6!)
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Modulateurs
Deux formes T et RPlusieurs (n) sites dans chaque formeTous les sites identiques
T
R
L0
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
c=K R
KT
=KTL
L0c L
0c2
.n (n1)n
L0nc
L0(n1)nc2
1
(1+)n
L0(1+c)n
Leff=f R
f T
L0(1+c)n
(1+)n=
![Page 139: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/139.jpg)
Modulateurs
Les ligands (autre que oxygène) qui se lient plus a une forme (T ou R) que a l'autre changent l'affinité pour l'oxygène parcequ'ils modifient l'équilibre T↔R et donc la valeur de L
0 il faut utiliser.
La valeur à utiliser Leff
depend du
valeur L0 dans l'absence de oxygène
et l'autre ligand (par exemple CO2),
la concentration du ligand L, le nombre de sites n, et les deux constants d'association.
c=K R
KT
Leff=f R
f T
L0(1+c)n
(1+)n=
=KTL
Un système à multiple équilibres liées
![Page 140: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/140.jpg)
Modulateurs
D'une façon symmétrique l'oxygène va modifier l'affinité pour l'autre ligand en induisant la transition T→R. c=
K R
KT
Leff=f R
f T
L0(1+c)n
(1+)n=
=KTL
Un système à multiple équilibres liées
![Page 141: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/141.jpg)
Modulateurs
Les protons diminus l'affinité de l'hémoglobine
.pH 8
.pH 7,4
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
![Page 142: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/142.jpg)
Modulateurs
Les protons diminus l'affinité de l'hémoglobine
Une partie de l'effet de CO2 (effet
de Bohr) est a cause des protons
CO2 + H
20
HCO3
+H+
Anhydrase carbonique
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
![Page 143: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/143.jpg)
Modulateurs
Les protons diminus l'affinité de l'hémoglobine
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
![Page 144: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/144.jpg)
Modulateurs
L'effet dépend du pH et modifie L0...
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
Les protons diminus l'affinité de l'hémoglobine
![Page 145: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/145.jpg)
Modulateurs
Dans le context hémoglobine, ses ligands, et des equilibres multiples:
la forme T à une plus grande affinité pour les protons que la forme R.
Dans un context plus normal: la forme T à au moins un pK
A plus haut que la forme R.
Comment mesurer les pKA des acides
aminées dans une protéine et voir leurs déplacements?
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
![Page 146: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/146.jpg)
Mesure de pKA dans une protéine
La méthode de choix est l'rmn, ceci est particulièrement efficace avec les histidine parceque la resonance du proton sur le C depend de la protonation.
C
![Page 147: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/147.jpg)
Mesure de pKA dans une protéine
La méthode de choix est l'rmn, ceci est particulièrement efficace avec les histidine parceque la resonance du proton sur le C depend de la protonation.
Echange rapide...
![Page 148: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/148.jpg)
Mesure de pKA dans une protéine
Le pKA de H
146 est de 7,1
dans la forme R d'Hemoglobine et de 8,5 dans la forme T.
![Page 149: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/149.jpg)
Déplacement des pKA et interactions
AH A
pKA
Les interactions modifient les pK
A
Les pKA sans
interactions:– Asp, Glu 4,4– His 6,5– Lys, Tyr, Arg 10,0
pK A=− log K A
−log [A−. ]×[H. ]
[HA]
![Page 150: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/150.jpg)
Déplacement des pKA et interactions
Les interactions modifient les pK
A
Les pKA sans
interactions:– Asp, Glu 4,4– His 6,5– Lys, Tyr, Arg 10,0
AH A
pKA
AH A
X X
G°(X..AH)
G°(X..A)
?
![Page 151: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/151.jpg)
Déplacement des pKA et interactions
AH A
pKA
AH A
X X
G°(X..AH)
G°(X..A)
?
G°(AH..A )
= 2,303 R T pKA
G°(? )
= 2,303 R T pKA
G°(X..AH)
G°(X..A )
pKA' = pK
A +
G°(X..A/AH)
2,303 R T
Différence des interactions introduit avec les deux formes.
ppK
A' pK
A =
G°(X..A/AH)
2,303 R T
![Page 152: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/152.jpg)
Déplacement des pKA et interactions
Les interactions qui stabilisent le formes chargées
– Ponts salins– Liaisons hydrogènes
Ils...– Diminuent les pK
A's des
acides et– Augmentent celles des bases
Les interactions qui stabilisent les formes non-chargées
– Interactions hydrophobes– Enfouissement dans la
structure
Font le contraire.
![Page 153: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/153.jpg)
Modulateurs
Stabilisation de la forme T en particulier par protonation du résidu C terminal His
146 et formation
d'un pont salin avec Asp94
.
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
![Page 154: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/154.jpg)
Modulateurs
C'est important dans l'aclimatisation
Avec BPG
Sans BPG
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
Le 2,3bisphosphoglycerate diminu l'affinité de l'hémoglobine
![Page 155: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/155.jpg)
Modulateurs
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
Il se lie entre les deux sousunités dans la forme T – il n'y a pas d'espace dans la
forme R
![Page 156: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/156.jpg)
Modulateurs
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
Il interagit en particulier avec l'aminoterminus du sousunité , et K
82
![Page 157: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/157.jpg)
Modulateurs
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
Le 2,3bisphosphoglycerate diminu l'affinité de l'hémoglobine en stabilisant la
forme T
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Modulateurs
Une seule site et liaison possible seulement a la forme T...
La thermodynamique n'aime pas “seulement” et prefere “très preferentiellement”!!!
![Page 159: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/159.jpg)
Modulateurs
Plusieurs molécules change l'affinité de l'hémoglobine:– CO
2
– H+
– BPG
– H2O
Il y à plusieurs d'autres modulateurs qui modifient l'affinité d'hémoglobine en changeant l'équilibre entre les formes T et R. Certains sont plus important pour la physiologie que d'autres....
Pour un effet il faut que le molecule se lie plus a une forme que l'autre...
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Au dela de MWC
Les limites du modèle MWC.
La cinétique.
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Au dela de MWC
Le modèle de Monod Wyman et Changeux n'explique pas bien tous les effets observés avec l'hémoglobine...– Les sites et ne sont pas vraiment identiques.– Les différences entre les formes T et R sugèrent la
possibilité de structures intermédiaires.– Le modèle n'explique pas bien la cinétique de
l'hémoglobine.
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Un modèle plus complexe
En principe, pour faire un modèle cinétique à partir d'un modèle à équilibre il suffit de remplacer chaque constante d'équilibre par deux constantes de vitesse:
A BK
eqK eq=
[B ]
[A]
A B.k
f
.kb
K eq=[B ]
[A]=
k f
kb
Mais cette approche simple ne marche pas bien pour l'hémoglobine ou même pour la myoglobine. Pourquoi?
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Mesures de la cinétique...
Melange rapide – stopped flow ou quenched flow
Saut de temperature ou de pression.
Photo-déclenchement.
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Pourquoi MWC ne marche pas?
Pour q'un modèle “marche” les états importants doivent etre inclus.
A équilibre deux formes (T et R) et deux états (Hb et HbO
2).
Dans le temps les formes intermédiaires. Hb
Hb.O2
HbO2
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Trois extensions plus complexe
Plusieurs formes entre T et R.
Plusieurs états entre Hb et Hb.O
2
Les deux a la fois!!!
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Un modèle TTS
Structures quaternaires et tertiaires liées
Changement de structure quaternaire
Liaison d'oxygène selon la structure quaternaire.
Changements de structure tertiaires
Changements de structure quaternaire
Liaison d'oxygène selon la structure tertiaire.
QTS = MWC TTS
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Un modèle TTS
Les différentes structures dans les deux modèles:
QTS: 2 structuresTTS: 10 structures
QTS
T R
TTS
(tttt)T
(tttt)R
(rrrr)T
(rrrr)R
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Un modèle TTS
Les différentes constantes dans lesdeux modèles.TTS: 5 constantes...K
t
Kr
lT
lR
L'
TTS
(tttt)T
(tttt)R
(rrrr)T
(rrrr)R
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Un modèle TTS
Les différentes constantes dans les deux modèles.
Kt et K
r sont équivalents à
KT et K
R. L' est équivalent à
L0.
Si lT est petit et l
R est grand
ça approche le modèle MWC.
TTS
(tttt)T
(tttt)R
(rrrr)T
(rrrr)R
4lT
4lR
3lR/2
2lR/3
1lR/4
L'/lR
4
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Un modèle TTS
On peut calculer une fonction de partage pour les 50 différents états:2 structures Quaternaires5 structures Tertiaires5 états d'oxygénation.
1+4lT+6l
T2+....
= {1+KtL+l
T(1+K
tL)}4
{1+KrL+l
R(1+K
rL)}4+ L'
.lR
4
TTS
(tttt)T
(tttt)R
(rrrr)T
(rrrr)R
4lT
4lR
3lR/2
2lR/3
1lR/4
L'/lR
4
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Un modèle TTS
On peut estimer les valeurs de ces 5 constantes...
Kt = 0,005
Kr = 0,4
lT = 0,003
lR = 1,3
L' = 0,000002
Nota: lT est petit et l
R est grand
donc nous approchons au système MWC.
C'est quoi l'interêt?Un modèle plus complexe mais très similaire dans ses prédictions.
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Modèles plus complexes
En générale des modeles plus complexes n'ont pas beaucoup d'interet SAUF dans le cas des modèles cinétiques.
Des états intermediaires
importants
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Cinétique de la myoglobine
Les modèles cinétiques de l'hémoglobine ou myoglobine ont besoin (pour approcher de la réalité) de considérer les réactions d'association-dissociation en deux étapes (parfois plus).
MbCO Mb + CO.k
ass
.kdiss
Mb...CO.k
gem
Circinstance assez commun “liaison forte en deux etapes”.
Permet à augmenter la spécificité.
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.kin(t)
.kout(t)
.kin(r)
.kout(r)
.kgem(t)
.kdiss(t)
.kgem(r)
.kdiss(r)
Un modèle plus complèxe
L'analyse des données cinétiques dans le cadre de ce modèle permet d'estimer les constantes de vitesse dans le contexte du modele TTS par saut de temperature...
kgem(r)
= 5,7 106 sec1
kgem(t)
= 7,6 103 sec1
kdiss(r)
= 0,02 sec1
kdiss(t)
= 0,07 sec1
kin = 2,4 104 sec1 (pseudo 1er ordre)
kout
= 7,4 106 sec1
independent de la strucutre
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Les modèles plus complexes
Les modèles cinétiques sont beaucoup plus complexes que des modèles à equilibre.
Il faut “fitter” tous ces parametres!!!
Nouveux “formes” présent de facon transitoire.
Constants de vitesse dans deux directions.
Moins de simplifications possibles (cycles)
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Les modèles plus complexes
On peut augmenter la complexité des modèles à l'infini.
Ce n'est utile que si:– Il nous permet de
comprendre les évenements.
– Nous pouvons le paramétriser.
Parfois des couches de complexité ne sert a rien!! – Différences entre sous
unité et .
Parfois ils nous aident a la compréhension.– Site germinale
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La cinétique de la myoglobine
![Page 178: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/178.jpg)
Cinétique de la myoglobine
MbCO
Mb + CO
k obs=kassk diss
.kass
.kdiss
Pour un retour a équilibre:
kdiss≈0sauf avec lumièreouelle est très rapide
Myoglobine est un modèle idéal pour l'étude des interactions protéine ligand. [Grand changements d'absorption spécifiques de la protéine dans le spectre visible]
On étudie souvent la photodissociation et réassociation de CO. [Facile de déclencher la réaction très rapidement]
![Page 179: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/179.jpg)
Cinétique de la myoglobine
Il est possible d'utiliser les connaissances de la cinétique et l'effet des basses températures pour piéger des états intérmediaires.
On peut ensuite étudier la structure de ces états afin de visualiser un système dynamique.
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Cinétique de la myoglobine
La cinétique est plus compliquée que ce modèle simple.
![Page 181: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/181.jpg)
Cinétique complexe et log(temps)
Quand on veut voir un cinétique complexe il est souvent utile de mettre l'échelle de temps en log...
Cela permet de voir plusieurs phases sur le meme graphique.
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Cinétique de la myoglobine
La cinétique est plus compliquée que ce modèle simple.
A des très basses températures, ou a temperature ambiente, une seule phase exponentielle.
A des températures plus « raisonnables » deux ou trois phases exponentielles.
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Cinétique de la myoglobine
Il est possible d'utiliser les connaissances de la cinétique et l'effet des basses températures pour piéger des états intérmediaires.
On peut ensuite étudier la structure de ces états afin de visualiser un système dynamique.
– Position du Fer– Localisation du CO
Forme CO
FormeGerminate
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Cinétique de la myoglobine
La dissociation du complexe « geminate » demande de la dynamique protéique.
Note: déplacement de l'hélice FG et C-terminal.
Grands déplacements de:– Histidine Distale et– Tryptophane 29.
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Cinétique de la myoglobine
La cinétique est plus compliquée que ce modèle simple.
Arrhenius
Eyring (etat de transition).k = A exp(EA/RT)
.k = kBT/h exp(S‡/R) exp(H‡/RT)
La dependence du constant de vitesse en temperature donne l'enthalpie d'activation
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Cinétique de la myoglobine
La cinétique est plus compliquée que ce modèle simple.
Multiples phases de taille variable impliquent diverses points de depart.
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![Page 188: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/188.jpg)
![Page 189: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/189.jpg)
La dynamique des protéines
Les modes normaux.
Une ensemble pas une structure.
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Liaison de O2 et CO par myoglobine
Comment les gazes entrent elles dans l'hémoglobine et myoglobine?
Comment trouver leur(s) route(s)?
Ca montre l'importance fonctionelle de la dynamique.
La structure d'hémoglobine et myoglobine contiens pas des routes pour l'entre des gases...
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Liaison de O2 et CO par myoglobine
Comment les gazes entrent elles dans l'hémoglobine et myoglobine?
Comment trouver leur(s) route(s)?
Ca montre l'importance fonctionelle de la dynamique.
Sites de Xenon (14) (trous potentiel)
![Page 192: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/192.jpg)
![Page 193: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/193.jpg)
Liaison de O2 et CO par myoglobine
Comment les gazes entrent elles dans l'hémoglobine et myoglobine?
Comment trouver leur(s) route(s)?
Ca montre l'importance fonctionelle de la dynamique.
Simulation de dynamique moléculaire – routes...
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Liaison de O2 et CO par myoglobine
Comment les gazes entrent elles dans l'hémoglobine et myoglobine?
Comment trouver leur(s) route(s)?
Ca montre l'importance fonctionelle de la dynamique.
Simulation de dynamique moléculaire – routes...
![Page 195: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/195.jpg)
Liaison de O2 et CO par myoglobine
Simulation de dynamique moléculaire – trous transitoires
![Page 196: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/196.jpg)
Liaison de O2 et CO par myoglobine
Comment les gazes entrent elles dans l'hémoglobine et myoglobine?– Pas une route unique,
mais multiples routes.– Depend de la dynamique
locale de la protéine. Ca montre l'importance
fonctionelle de la dynamique.
![Page 197: Physicochimie de Macromolécules Biochimie …...Jeffries Wyman Max Perutz Pourquoi les Hémoglobines? Structure d'hémoglobine de Perutz et al. Nature 1960 Structure de Myoglobine](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022062506/5f01c8da7e708231d4010509/html5/thumbnails/197.jpg)
Modes normaux et l'espaces des phases
Que sont des modes normaux?
La théorie des modes normaux supose que l'energie varie de facon harmonique autour du minimum. Comme ca les forces sont une fonction lineaire des coordonées atomiques. La diagonalisation de la matrice des forces donne 3N6 coordonées generalisées (modes normaux) et les frequences du système découplé.
H20:
H H
O
H H
O
H H
O
H H
O1 2 3
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Modes normaux et l'espaces des phases
La dynamique peut etre décrits par des modes normaux.
Les changements de structure peuvent également etre decomposées en modes normaux.
Modelisation de la dynamique et l'espace des phases.
Les fluctuations complexes peuvent etre exprimées en composantes harmoniques.
r i t =1
mi
∑=1
3N−6
i C cos t
Position de l'atome i à temps t
masse de l'atome iEigen vecteurs du systemeAmplitude, Frequence (énergie) et phase du mode normal.
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Modes normaux et l'espaces des phases
La dynamique peut etre décrits par des modes normaux.
Les changements de structure peuvent également etre decomposées en modes normaux.
Modelisation de la dynamique et l'espace des phases.
Experiences:Spectroscopie Raman,Infrarouge ou Diffusion desNeutrons donnent lesfréquences.
Calcul:Par diagonisation del'Hessian.Par tranformation d'unetrajectoire de dynamiquemoléculaire.
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Modes normaux et l'espaces des phases
La dynamique peut etre décrits par des modes normaux.
Les changements de structure peuvent également etre decomposées en modes normaux.
Modelisation de la dynamique et l'espace des phases.
A quoi correspond ces modes ?
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Modes normaux et l'espaces des phases
La dynamique peut etre décrits par des modes normaux.
Les changements de structure peuvent également etre decomposées en modes normaux.
Modelisation de la dynamique et l'espace des phases.
Les modes de plus basse energie et fréquence sont des mouvements collectives les plus molles...
Ils dependent de la structure globale de la protéine.
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Modes normaux et l'espaces des phases
La dynamique peut etre décrits par des modes normaux.
Les changements de structure peuvent également etre decomposées en modes normaux.
Modelisation de la dynamique et l'espace des phases.
Souvent quelques modes de basse fréquence sont preponderant dans les changements importants pour la fonction.
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Modes normaux et l'espaces des phases
La dynamique peut etre décrits par des modes normaux.
Les changements de structure peuvent également etre decomposées en modes normaux.
Modelisation de la dynamique et l'espace des phases.1)Pas toujours le cas – notament
modifications locaux.2)Hors de la domaine harmonique.
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Modes normaux et l'espaces des phases
La dynamique peut etre décrits par des modes normaux.
Les changements de structure peuvent également etre decomposées en modes normaux.
Modelisation de la dynamique et l'espace des phases.
Dans cette vision harmonique d'une protéine à chaque instant la position et vélocité des atomes sont decrits...(6 degrées de liberté).
C'est l'espace des phases avec 6 dimensions et chaque molecule évolue dans cette espace.
Pour l'instant accessible que par la modelisation.
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Une ensemble de structures
Une protéine n'existe pas avec une structure mais dans une ensemble dynamique de structures. La diversité de l'ensemble, et sa dynamique sont importants pour la fonction.
Energy – 3D graph
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Une ensemble de structures
Une protéine n'existe pas avec une structure mais dans une ensemble dynamique de structures. La diversité de l'ensemble, et sa dynamique sont importants pour la fonction.
Les formes “T” et “R” de l'hémoglobine preexistent et s'interconvertissent continuellement, meme en absence d'oxygène.
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Fin