Déterminer la structure 3D d'une protéine biologiquement importante

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Déterminer la structure 3D d'une protéine biologiquement importante

Procédure

Trouver quelques protéines pertinentes à vos cours

NB: notes préalables
  • pas toutes les structures 3D contiennent toutes les chaînes qui composent une macromolécule in vivo (exemple hémoglobine: beaucoup de structures 3D contiennent 2 chaînes au lieu des 4...)
  • pas toutes les structures 3D contiennent les ‘vraies’ chaînes qui composent une macromolécule in vivo (artéfact expérimental. Exemple hémoglobine : 4 x la même chaîne au lieu de 2 chaînes A et 2 chaînes B)
  • pas toutes les structures 3D ‘couvrent’ toute la longueur de la chaîne peptidique !
  1. choisir de préférence les structures 3D proposées à partir de ce poster MM PDB http://mm.rcsb.org/
  • Poster PDB proteines (thumb)
    Poster PDB proteines (thumb)
  • pour les protéines avec médicaments : choisir les structures 3D proposées par PDB (à partir de ce poster) http://pdb101.rcsb.org/browse/you-and-your-health
    • Poster de quelques protéines en lien avec la santé chez PDB.org
      Poster de quelques protéines en lien avec la santé chez PDB.org
      Sur PDB, on peut visualiser la protéine dans un viewer; sous le cadre de visualisation, choisir Select a different viewer et JSMOL qui nous parait être le plus adapté, selectionner l'option Space-filling

Nombreuses protéines avec leur structure et le fichier STL - prêtes pour impression

Nom de la protéine ou du complexe Lien vers UniProtKB/Swiss-Prot (section structure) Lien vers l’entrée PDB (PDB AC)

Exemple de lien: https://www.rcsb.org/3d-view/5wrg

Photo Remarque Fichiers .STL prêt à imprimer la plupart ajustées pour impression 3d par Julien Dacosta TECFA

ou Bertrand Emery (SEM Fablab)

cf. exceptions dans le tableau

Hemoglobine Humaine HBB_HUMAN HBA_HUMAN 1a00

4hhb*

2hhb

Hemoglobine complète imprimée en 3D à partir de 2hhb sur PDB (2x2 sous-unités en rouge groupements hème en blanc)
Hemoglobine complète imprimée en 3D à partir de 2hhb sur PDB (2x2 sous-unités en rouge groupements hème en blanc)
 L’hémoglobine est constituée de 2 chaînes HBA et 2 chaînes HBB Hemoglobin.stl

Groupement Heme.stl

COX1 + aspirine COX1 + ibuprofen PGH1_SHEEP 1pth*

1eqg

COX-1 imprimé en 3D à partir de PGH1 sur PDB - avec ibuprofen glissé entre les deux moitiés de la protéine
COX-1 imprimé en 3D à partir de PGH1 sur PDB - avec ibuprofen glissé entre les deux moitiés de la protéine
Proteine Cox1 à partir de 1eqg sur PDB avec Ibuprofen -coupee
Proteine Cox1 à partir de 1eqg sur PDB avec Ibuprofen -coupée
 Divers AINS (antidouleurs susceptibles de se fixer sur Cox1)

Fichiers fournis par Pr. Vincent Zoete, SIB Swiss Institute of Bioinformatics, University of Lausanne

COX1-Protein

Acide salicylique

Ibuprofen

Diclofenac

Insuline Humaine INS_HUMAN 2hiu* 1ben
Insuline imprimée en 3D à partir de 1A7 sur PDB - crayon pour l'échelle
Insuline imprimée en 3D à partir de 1A7 sur PDB - crayon pour l'échelle
 L’insuline est constituée de 2 chaînes (chaîne A : 21 aa, chaîne B : 30 aa). Dans l’entrée 2hiu, la chaîne B ne fait que 29 aa... InsulineReady2print.stl
Nucléosome (humain) H4_HUMAN 5b40
Nucleosome (histone + ADN) ) imprimé en 3D à partir de 5b40 sur PDB - normalement deux tours d'ADN
Nucleosome (histone + ADN) imprimé en 3D à partir de 5b40 sur PDB - normalement deux tours d'ADN
 La structure 3D contient les histones H4, H2A, H2B, H3.2 + ADN 5B40_histone-protein-only.stl

ADN-filament-enroule-2-tours_SOLID5.stl

Nucléosome (batracien) P62799 (H4_XENLA) 1aoi* H4, H2B11, H33C, H2A1 + ADN
Immuno-globuline IgG GCAA_MOUSE IGH1M_MOUSE 1igt* 1igy
Immunoglobuline G imprimée en 3D à partir de 1igy sur PDB
Immunoglobuline G imprimée en 3D à partir de 1igy sur PDB
 IgG1-ready-2-print.stl.zip

Version avec cavités pour aimants permettant de simuler l'affinité des poches antigéniques (fichier imprimant 2 IgG1 tête-beche à la fois)

ATP Synthase ATPB_BOVIN 5ara*
ATP synthase 3D printed from 5 PDB ref ARA
Plusieurs sous-unités inclue ATP5B

Plus d’info : pdb101.rcsb.org/mot m/72

atp-synthase.stl.zip
tRNA N'est pas une protéine ! 4tna
Impression 3D de l'ARNt Phe sur le poster de PDB
Impression 3D de l'ARNt Phe sur le poster de PDB
 yeast tRNAPhe 4TNA-ready2print.stl
TP53 + DNA P53_HUMAN 3q06
Proteine P53 fixée sur l'ADN - a partir de 3Q06 sur PDB - vue dans PDB- pas imprimée
Proteine P53 fixée sur l'ADN - a partir de 3Q06 sur PDB - vue dans PDB- pas imprimée
Cf sur PDB 		393 aa : à l'heure de produire ce document aucune structure 3D ne couvre toute la séquence de la protéine P53-avec-ADN.stl

(encore pas testé à l'impression)

RNA polymérase RPAB4_YEAST 2e2i* Plusieurs sous-unités + DNA + RNA
Taq Polymérase P19821 1TAU
Structure 3D de 1TAU dans PDB imprimée en 3D
Structure 3D de 1TAU dans PDB imprimée en 3D
 1TAU-Taq-polymerase.stl
Amylase P12070 2die
Structure 3D de l'Amylase à partir de 2die sur PDB impression 3D
Structure 3D de l'Amylase à partir de 2die sur PDB impression 3D
 2die-amylase.stl
Protéine fluorescente de méduse GFP_AEQVI 1gfl
Structure de la GFP à partir de PDB 1GFL modèle chaine et surface comparés
Structure de la GFP à partir de PDB 1GFL modèle chaine et surface comparées
 Séquence et structure complètes (blue GFP)

Green GFP

1GFL_SingleChain-ribbon-thick.stl


Fichiers fournis par Romain Deweale

Répresseur opéron lactose LACI_ECOLI 1lbh Multimère de la même chaîne lactose-operon-repressor-1lbh.stl

1lbh-_lactose_operon_repressor

CFTR

Protéine dont le défaut cause la mucoviscidose

CFTR_HUMAN

P13569

5uak
CFTR - forme normale - imprimée en 3d à partir de 5uak sur PDB
CFTR - forme normale - imprimée en 3d à partir de 5uak sur PDB
 cf. Scénario pour trouver la mutation la plus fréquente la ∂F508 cause la plus fréquente de la mucoviscidose) dans une puce à ADN (µ-array) CFTR-ready-to-print.stlFichierSTLdeCFTR-ready-to-print.stl ‎https://edutechwiki.unige.ch/fmediawiki/images/7/7c/CFTR-ready-to-print.stl
CRISPR-Cas9 Q99ZW2 5F9R
Protéine Cas9 en 3D à partir de la structure 5F9R sur PDB avec fermeture éclair comme modèle de l'ADN et l'ARN guide
Protéine Cas9 en 3D à partir de la structure 5F9R sur PDB avec fermeture éclair comme modèle de l'ADN et l'ARN guide
 La fermeture éclair de taille grossière se trouve en mercerie ou récupérer sur un habit / sac. Cas9-ready-to-print.stl

cas9-crispr-printed-with-DNAzip-small.JPG

Spike protein du virus SARS-Cov-2 P0DTC2 6VSB

6VXX

Proteine Spike du virus SARS-Cov configuration ouverte - a partir de 6VSB sur PDB imprimee au -SEMab
Proteine Spike du virus SARS-Cov configuration ouverte - a partir de 6VSB sur PDB imprimee au -SEMab
image 		Cf.processus de fabrication SEMlab

Service d’impression 3D

Récepteur à l'acétycholine- P02711 2bg9
Récepteur à l'acétycholine imprimé en 3D à partir de la structure 2bg9 sur PDB
Récepteur à l'acétycholine imprimé en 3D à partir de la structure 2bg9 sur PDB
 recepteur-nicotiniques.MP4 2bg9-acetycholine-recepteur.stl
Erythropoétine EPO P01588 1cn4
Erythropoiétine imprimée en 3D à partir de 1cn4 sur PDB
Erythropoiétine imprimée en 3D à partir de 1cn4 sur PDB
 1cn4-EPO.stl

Grand répertoired'exemples-proteines-3d-stl/

Ces structures ont été choisies en collaboration entre Dr. M.C.Blatter du SIB et F. Lombard (IUFE TECFA) et imprimées par Julien Dacosta, Vincent Widmer, Stephane Morand de TECFA, coordonnés par Prof. Daniel K. Schneider TECFA. Bertand Emery au Service d’impression 3D du SEMLab en a imprimé une partie. La COX1 et les AINS ont été fournis par Pr. Vincent Zoete, SIB Swiss Institute of Bioinformatics, University of Lausanne

Exemples de questions pour TP de biologie / pour s’en inspirer

  • On dit parfois que la séquence d’acides aminés (a.a) détermine la fonction de la protéine. En quoi est-ce correct et en quoi cela est-il incomplet ?
  • Comment la structure secondaire et tertiaire est-elle établie avec ce que vous avez pu voir jusqu’ici ? ( dans quels organites ? Comment ?)
  • Peut-on actuellement prédire la forme que prendra une protéine à partir de sa séquence ?
  • Comment détermine-t-on la forme que prend effectivement une protéine ?
  • Comment la forme constatée détermine-t-elle l’activité de la protéine ?
  • Comparez la séquence sur UniProtKB, puis la forme 3D pour diverses protéines:
  • Quelles parties de la forme de l’hormone, l’anticorps semble être en rapport avec leur fonction ?
  • La forme détermine-t-elle seule la fonction ?
  • Essayez de déterminer comment la forme d’un anticorps Ig détermine sa fonction ?
  • Pour ces deux protéines, quelles parties de la protéine pourraient – à votre avis - changer un peu suite à une mutation sans gravement mettre en cause son fonctionnement et finalement réduire la fécondité de l'animal qui a ce génome-là ?
  • Pour quelles autres parties un changement risque-t-il de nuire au fonctionnement de la protéine ?
    • Idem pour l’histone HIST1H4A
    • Idem pour l’insuline INS
    • Idem pour le récepteur à la mélanotropine MC1R
  • Concluez sur le lien entre forme et fonction, les limites du modèle « clé- serrure »

Liens externes

Scénarios pédagogiques où il peut s'intégrer

Ce scénario s'inscrit particulièrement bien après le scénario : Preuve de l'évolution par la comparaison de protéines chez différentes espèces

On peut continuer avec ce scénario pour Convertir la structure de la protéine en fichier pour imprimante 3D(.STL)

Références

Scénario établi en partie sur la base des indications scientifiques de M.-C. Blatter du SIB

Les plupart des fichiers .STL ont été optimisés pour l'impression par Julien Dacosta et aussi Vincent Widmer, Stephane Morand (TECFA), sauf : la GFP par Romain Deweale.

La COX1 et les AINS ont été fournis par Pr. Vincent Zoete, SIB Swiss Institute of Bioinformatics, University of Lausanne

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