Acides aminés et protéines

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Avertissement: les logiciels dit de "Visualisation" des molécules en 3D sont plutôt des logiciels de Simulation; je parlerai de SimualisationNouvelle version 2013 HTML5

Si les applets Java tournent mal sur votre machine, il est conseillé de mettre à jour vos librairies Java à l'adresse http://www.java.com/fr/

Pour simualiser les molécules l'applet java Jmol (http://jmol.sourceforge.net/) est probablement le moyen le plus accessible sur tous les matériels (pour système Windows, Linux ou OS - tous les formats de fichiers moléculaires sont acceptés). Cette applet est en OPEN SOURCE !!!! (c'est à dire non seulement gratuite mais disponible pour que tous puissent améliorer le code et les fonctions du logiciel).
Attention la version 10 complète avec les doc et le source pèse 22,7 Mo mais cela vaut le coup de passer deux heures (à 56Ko/s) à la charger... (Pour démarrer lancer jmol.jar). On peut aussi utiliser les mêmes fonctionnalités que l'applet dans des pages html en utilisant javascript (bibliothèque jmol.js)

Pour se procurer des fichiers de molécules il faut plus ou moins comprendre l'anglais, même si quelques molécules sont disponibles sur le site de l'inrp (http://www.inrp.fr/Acces/Biogeo/model3d/data3d.htm), pas toujours dans un format utilisable sur un Mac (.exe) !!! ou mieux sur le site http://librairiedemolecules.education.fr/ . Le site de référence est http://www.rcsb.org/pdb/ ou une des sites miroir comme http://www.pdb.mdc-berlin.de/pdb/ . Mais il est préférable de se faire sa propre base de données de molécules car les recherches ne sont pas simples. La mienne se trouve dans le répertoire jmol/PDB/. Attention certains des fichiers sont bidouillés (atomes manquants pour simplifier), ne pas les utiliser pour d'autres buts que pédagogiques. Un site (en anglais) où l'on peut avoir des fichiers de molécules: http://chemistry.gsu.edu/glactone/PDB/pdb.html.

Je recommande aussi l'applet King qui permet de simualiser les molécules dans un format graphique spécifique. Les images pour King (appelées kinemages) sont disponibles sur le site de l'application http://kinemage.biochem.duke.edu/index.php mais aussi comme fichier pour chaque molécule du site PDB http://www.rcsb.org/pdb/.

1 -"Simualisation" des 20 acides aminés


 Choix des aa à simualiser

En faisant un double-clic sur un premier atome puis un deuxième double clic sur un second atome, l'applet affiche la distance en nanomètres (10-9m).

Avec un double-clic sur un premier atome puis un simple clic sur un deuxième puis un troisième atome, l'applet affiche l'angle entre les deux liaisons réunissant ces trois atomes deux à deux.


représentation des atomes (rayon de Van der Waals)

ROTATION AUTOMATIQUE
faire tourner lentement la molécule autour d'un axe vertical (y)
Revenir à la position du début

codes couleurs

H
hydrogène
O
oxygène
C
carbone
S
soufre
N
azote

Les fonctions de la colonne de droite ne sont que quelques fonctions destinées à vous familiariser avec le logiciel.
- Pour accéder à toutes les fonctions de l'applet, SOUS MAC cliquez sur le fond de l'applet avec la touche CTRL enfoncée , SOUS WINDOWS cliquez sur le fond de l'applet avec le BOUTON GAUCHE DE LA SOURIS (il y a une aide dans les menus)
- Pour un ZOOM, SOUS MAC déplacez votre souris (vers le haut ou le bas) EN MAINTENANT LA TOUCHE ALT ENFONCÉE, sous WINDOWS, utilisez la molette (l'applet étant sélectionnée par un clic droit). 

2. De la structure primaire (séquence des aa) à la structure secondaire (enroulement des aa dans le polymère: hélice alpha, feuillet plissé bêta et coudes)

Exercice: la liaison peptidique

Un acide aminé a pour formule générale R-C(H)(COOH)(NH2), R étant un radical qui change selon les aa (-COOH étant la fonction "acide carboxylique" et -NH2 la fonction "amine"). D'autre part une liaison peptidique est établie avec départ d'eau entre le -COOH d'un premier acide aminé (dont on place par convention toujours l'extrémité -NH2 à gauche) et le -NH2 d'un second acide aminé. Les peptides sont donc toujours présentés avec leur extrémité -NH2 à gauche et leur extrémité -COOH à droite.
Le plus simple des aa est la Glycine (Gly) (avec R = H ), vient ensuite l'Alanine (Ala) (R = CH3). Les deux acides aminés à cycle aromatique benzénique sont la Phénylalanine (Phe) (R = CH2-C6H5) et la Tyrosine (Tyr) (R = CH2-C6H4OH, l'OH étant positionné à l'opposé du CH2).

Écrire la formule développée du dipeptide: Ala -Tyr et du tripeptide Gly - Phe - Tyr

"Simualisation" en 3D de la structure secondaire


 Choix de la structure secondaire à simualiser

En faisant un double-clic sur un premier atome puis un deuxième double clic sur un second atome, l'applet affiche la distance en nanomètres (10-9m).

Avec un double-clic sur un premier atome puis un simple clic sur un deuxième puis un troisième atome, l'applet affiche l'angle entre les deux liaisons réunissant ces trois atomes deux à deux.


Représentation des ATOMES
(par la taille de leur rayon de Van der Waals)


Représentation des hélices et feuillets sous forme d'un RUBAN (la pointe de la flèche des hélices indique l'extrémité COOH)

ROTATION AUTOMATIQUE
faire tourner lentement la molécule autour d'un axe vertical (y)

Revenir à la position du début

codes couleurs

C
carbone
H
hydrogène
O
oxygène
N
azote
P
phosphore
S
soufre


Les fonctions de la colonne de droite ne sont que quelques fonctions destinées à vous familiariser avec le logiciel.
- Pour accéder à toutes les fonctions de l'applet, SOUS MAC cliquez sur le fond de l'applet avec la touche CTRL enfoncée , SOUS WINDOWS cliquez sur le fond de l'applet avec le BOUTON GAUCHE DE LA SOURIS (il y a une aide dans les menus)
- Pour un ZOOM, SOUS MAC déplacez votre souris (vers le haut ou le bas) EN MAINTENANT LA TOUCHE ALT ENFONCÉE, sous WINDOWS, utilisez la molette (l'applet étant sélectionnée par un clic droit). 

3. Simualisation d'une molécule complète: l'insuline

(ici l'insuline bovine voir le fichier officiel sur le site de la base de données PDB: 1APH ; la chaîne A est identique chez l'homme, le chien, le porc, le lapin et le cachalot; les chaînes B des vache, porc, chien, chèvre et cheval sont identiques). Pour une revue complète de toutes les molécules d'insuline, voir http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/data/scop.b.h.b.b.b.c.html qui présente plus de 60 fichiers, rien que pour l'insuline humaine.






/------------ S - S -----------------/



















NH3-Gly

-Ile
-Val
-Glu
-Gln
-Cys
-Cys
-Ala
-Ser
-Val
-Cys
-Ser
-Leu
-Tyr
-Gln
-Leu
-Glu
-Asn
-Tyr
-Cys

-Asn-COO-















/
S












/
S
















/











/
















S
/











S
/











NH3-Phe

-Val
-Asn
-Gln
-His
-Leu
-Cys
-Gly
-Ser
-His
-Leu
-Val
-Glu
-Ala
-Leu
-Tyr
-Leu
-Val
-Cys
-Gly
-Glu
-Arg
-Gly
-Phe
-Phe
-Tyr
-Thr
-Pro
-Lys

-Ala-COO-

Ce fichier présente une molécule cristallisée d'insuline (2 chaînes A (21 aa) et B (30 aa)) avec 56 molécules d'eau et une molécule de 1,2-dichloroéthane.
J'ai ajouté aussi un fichier complet (1BEN) d'insuline humaine de 4 chaînes (A,B,C,D) avec un atome de Cl, 2 atomes de Zn, complexée avec une molécule de 4-hydroxybenzamide, 168 molécules d'eau) DANS LE SEUL BUT DE MONTRER LA COMPLEXITÉ DE L'ÉTUDE CRISTALLOGRAPHIQUE DES PROTÉINES (chaque molécule d'insuline est composée de 3 associations de 4 chaînes (A-B + C-D)).

Les fichiers obtenus par diffraction des rayons X, le plus souvent, ne sont pas des images 3D d'une protéine dans son milieu.
La forme multiple et dynamique d'une protéine "vivante" n'est pas accessible.


Molécules à simualiser

Représentation des ATOMES
(par la taille de leur rayon de Van der Waals)


Représentation des hélices et feuillets sous forme d'un RUBAN (la pointe de la flèche des hélices indique l'extrémité COOH)

ROTATION AUTOMATIQUE
faire tourner lentement la molécule autour d'un axe vertical (y)

Revenir à la position du début

codes couleurs

C
carbone
H
hydrogène
O
oxygène
N
azote
P
phosphore
S
soufre
Cl
chlore
Zn
zinc

Les fonctions de la colonne de droite ne sont que quelques fonctions destinées à vous familiariser avec le logiciel.
- Pour accéder à toutes les fonctions de l'applet, SOUS MAC cliquez sur le fond de l'applet avec la touche CTRL enfoncée , SOUS WINDOWS cliquez sur le fond de l'applet avec le BOUTON GAUCHE DE LA SOURIS (il y a une aide dans les menus)
- Pour un ZOOM, SOUS MAC déplacez votre souris (vers le haut ou le bas) EN MAINTENANT LA TOUCHE ALT ENFONCÉE, sous WINDOWS, utilisez la molette (l'applet étant sélectionnée par un clic droit).