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Structure tridimensionnelle de
l'hémoglobine
بنية الخضاب - هيموكلوبين
Dans
ce projet d'étude des structures protéiques par rastop,
on donne l'exemple de appuyé par un exemple de l'hémoglobine
(خضاب).
4 pages: page 1, page
2, page 3 et page
4), les étudiants en Biochimie vont s'initier à la
mise en évidence des structures protéiques en s'aidant
du logiciel de visualisation 3D
RasTop (structure Rastop).
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). VIDEO, VERSION ARABE:
Version
Arabe فيديو: الخضاب
أو الهيموغلوبين. بنية الشكل العادي و شكل
مرض فقر الدم المنجلي
Etude de la relation structure-fonction 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.
تطبيق
برنامج راستوب في معاينة بنية الهيموغلوبين
(Hémoglobine)
كمسلك
بيداغوجي لإعطاء شروحات دقيقة يحبد الإشتغال
على أمثلة واضحة كجزيئ الهيموغلوبين (Hémoglobine)
الذي يتخصص في نقل الأوكسيجين داخل الجسم.
للتذكير،
يعد الهيموغلوبين بروتينا ذو بنية رباعية
من نوع a2-b2 تلتقي فيها السلاسل بروابط هيدروفوبية،
عموما (انظر الفقرة المتعلقة بالمواد الأساسية
للكائنات الحية ) يصل وزنه 68000 و يحتوي على
مجموعة ذات طابع غير بروتيني و تظم ذرة
من الحديد (Fer, Fe++) . تلقب المجموعة
ب: الهيم (Hème). يتموقع هذا الأخير بفجوة
ذات طابع غير قطبي ويلتقي بالطرف البروتيني
من خلال رابطة بين ذرة الحديد و الحمض الأميني
هيستيدين رقم 92 (His92) في سلسلة b أو هيستيدين
رقم 87 (His87) في سلسلة a. يلقب هذا الحمض الأميني
ب: 'الهيستيدين القريب (Histidine proximal). هناك
هيستيدين آخر يلعب دورا هاما في التقاط
الأوكسيجين (Oxygène, O2) ويسمى ب:
'هيستيدين البعيد' (Histidine distale)، يتجلى في
His63 بسلسلة b أو His58 بسلسلة a. بواسطة رابطة
هيدروجين بين هذا الهيستدين و الأوكسيجين
(His-N-H….O-O) يلتقي الأكسيجين بذرة الحديد.
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 Protéines
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.
Figure
1
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).
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).
Figure
3
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).
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)
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
5a. 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'
