Biochimie 2ème année LMD, UMMTO
Mr LEFSIH, klefsih@yahoo.fr
1. Les α-aminoacides
1.2. Généralités
 Les protéines sont les biomolécules les plus
abondantes car elles représentent 50 ...
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 Plus 300 aminoacides différents ont été décrit dans
la nature, seulement 20 ont ét...
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1.3. Définition
 Formule générale
 un carbone tétraédrique chiral Cα est uni à un
carboxyle –COOH, ...
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 Selon la convention de Fischer, dans les α-aminoacides, la chaîne
carbonée est vert...
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1.3. Définition
 Au pH physiologique (≈ pH 7,4), le groupement
carboxylique est dissocié, formant io...
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1.4. classification des α-aminoacides
 Chaîne latérale non-polaire
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 Chaîne latérale polaire non chargée
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 Chaîne latérale acide
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 Chaîne latérale basique
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1.5. les acides animés non communs
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1.6. Ionisation, effet du pH
 Ionisation de l ’eau:
 L ’eau se dissocie en ions
H2O  H+ + OH-
 En...
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 Dans l ’eau pure on a [H3O+] = [OH-] = 10-7 M
 Si [H3O+] > [OH-] la s...
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1.6. Ionisation, effet du pH
 Un acide fort se dissocie totalement dans l ’eau
HCl H+ + Cl-
 Un aci...
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 Pour un acide HA, la relation entre le pKa, les
concentrations des for...
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1.6. Ionisation, effet du pH
 Les acides aminés sont des molécules amphotères: Il peuvent agir comme...
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1.7. Titration d’un acide aminé
 Si pH < pK1 la forme cationique
est majoritaire
 Si pH = pK1 les f...
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1.8. Ionisation des AA: évolution des charges
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1.8.1. Titration d’un acide aminé à chine latérale non chargée
 pHi = ½ (pK1 + pK2) = = (9,60 + 2,34...
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1.8.2. Titration d’un acide aminé à chine latérale positive
 pHi = ½ (pK2 + pK3) = (8,95 + 10,53)/2 ...
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1.8.3. Titration d’un acide aminé à chine latérale négative
 pHi = ½ (pK1 + pK2) = (4,25 + 2,19)/2 =...
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1.9. Propriétés physiques: Solubilité
 Les acides aminés sont solubles dans l’eau, mais très
faiblem...
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1.9. Propriétés physiques: Coloration et absorption de la lumière
 Les solutions d’acides aminés son...
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1.9. Propriétés physiques: Coloration et absorption de la lumière
1. Les α-aminoacides
1.10. Réaction chimiques: la fonction carboxylique
1. Les α-aminoacides
1.10. Réaction chimiques: la fonction amine
1. Les α-aminoacides
1.10. Réaction chimiques: réaction avec la ninhydrine
 Le chauffage à
130°C des acides aminés
en pré...
1. Les α-aminoacides
1.10. Réaction chimiques: formation de pont disulfure
2. Protides et protéines
2.1. Définition
 Enchaînement d’acides aminés
 Chaque acide aminé est aussi appelé un résidu
 ...
2. Protides et protéines
2.2. Nomenclature
 Orientation dans le sens de synthèse
biologique:
NH2 → COOH (= N-term → C-ter...
2. Protides et protéines
2.3. Liaison peptidique
.
.
2. Protides et protéines
2.3. Liaison peptidique
 Les 6 atomes engagés dans la liaison
peptidique sont dans le même plan.
2. Protides et protéines
2.3. Liaison peptidique
 la liaison
peptidique est un
hybride de
résonance où les
électrons sont...
2. Protides et protéines
2.3. Liaison peptidique
 Une chaîne poly-
peptidique a deux types de
liberté de rotation qui lui...
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2.4. Détermination du pHi
 Exemple: glu-gly-ala-his-leu-arg-val
 On repère les pKa correspondan...
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2.4. Détermination du pHi
 Tableau d’ionisation
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2.4. Détermination du pHi
 Evolution des la charge globale du peptide
 +3 ↔ +2 ↔ +1 ↔ 0 ↔ -1 ↔ ...
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2.5. Structure primaire
 Structure primaire : séquence d’AA sous forme
linéaire.
La protéine ne...
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2. 5. Structure primaire
 Glucagon
 Oxytocine
2. Protides et protéines
2. 5.1 Structure primaire: action des endopeptidases

2. Protides et protéines
2.5.2 Structure primaire: action des exopeptidases
2. Protides et protéines
2.5.3 Détermination de AA N-terminal: dégradation d’Edman
La dégradation d’Edman. On laisse
réagi...
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2.5.3 Détermination de AA N-terminal: réaction au chloride de dansyle
2. Protides et protéines
2.5.3 Détermination de AA N-terminal: méthode de Sanger
 Procédure de Sanger pour identifier le ...
2. Protides et protéines
2.6. Évolution de la structure primaire
2. Protides et protéines
2.6. Évolution de la structure primaire
2. Protides et protéines
2.6. Évolution de la structure primaire
2. Protides et protéines
2.7. Structure secondaire
 C’est un repliement local d’une chaîne
peptidique selon les interacti...
2. Protides et protéines
2.7.1 Hélice α
 Les chaînes latérales R sont
orientées vers l’extérieur de
l’hélice.
 Les oxygè...
2. Protides et protéines
2.7.1 Hélice α
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2.7.2 Feuillet β
 Se rencontrent rarement dans les membranes car
moins stables que les hélices α...
2. Protides et protéines
2.7.2 Feuillet β
 Antiparallèle
Parallèle
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2. Protides et protéines
2.7.3 Coudes et boucles
 Les hélices et des feuillets plissés sont
connectés par des régions de ...
2. Protides et protéines
2.7.3 Motifs de reploiement
2. Protides et protéines
2.8. Structure tertiaire
 C’est l’arrangement dans l’espace des différentes
structures secondair...
2. Protides et protéines
2.8. Structure tertiaire
2. Protides et protéines
2.8. Structure tertiaire
 Une protéine soluble dans l’eau va se replier de façon à ce
que les ré...
2. Protides et protéines
2.9. Structure quaternaire
 C’est l’association de plusieurs chaînes
peptidiques pour donner un ...
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2.9. Structure quaternaire
Hémoglobine Immunoglobuline
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à d’autres molécules:
 si c...
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Biochimie acides aminés et protéines

  1. 1. Biochimie 2ème année LMD, UMMTO Mr LEFSIH, klefsih@yahoo.fr
  2. 2. 1. Les α-aminoacides 1.2. Généralités  Les protéines sont les biomolécules les plus abondantes car elles représentent 50 % du poids sec d’une cellule.  Elles sont aussi très diverses :  Catalyseurs et régulateurs: les enzymes  Rôle constitutif passif ou actif  Hormones  Hémoglobine  Réponse immunitaires: les anticorps  Rôle de défense ou d’attaque: toxines  Rôle Nutritif
  3. 3. 1. Les α-aminoacides 1.2. Généralités  Plus 300 aminoacides différents ont été décrit dans la nature, seulement 20 ont été communément retrouvés en tant que constituants des protéines de mammifères. [les seuls codés génétiquement].  Toutes les protéines sont formées de 20 acides aminés standard. Ces derniers sont des α-amino- acides, car, à l’exception de la proline, ils présentent un groupement amine primaire et un groupement acide carboxylique substitués sur le même atome de carbone et une chaine latérale distinctive (chaine-R) liée au carbon α.
  4. 4. 1. Les α-aminoacides 1.3. Définition  Formule générale  un carbone tétraédrique chiral Cα est uni à un carboxyle –COOH, une amine primaire –NH2, un hydrogène –H et une chaîne latérale –R propre à chaque α-aminoacide
  5. 5. 1. Les α-aminoacides 1.3. Définition  Selon la convention de Fischer, dans les α-aminoacides, la chaîne carbonée est verticale et vue par sa convexité ; le COO–, dont le niveau d’oxydation est le plus élevé, est placé vers le haut et le NH3 + peut alors se situer soit à gauche, soit à droite du Cα chiral ; les α-aminoacides appartiennent alors à la série L (laevus, côté gauche) ou à la série D (dexter, côté droit).  Les α-aminoacides des protéines de tous les êtres vivants connus appartiennent à la série L.
  6. 6. 1. Les α-aminoacides 1.3. Définition  Au pH physiologique (≈ pH 7,4), le groupement carboxylique est dissocié, formant ion carboxylate chargé négativement (–COO-), et le groupement amine protoné (–NH3 +).  Dans les protéines, la majorité des groupements carboxyle et amine sont impliqués dans des liaisons peptidiques et, en général, ne sont pas disponible pour les réactions chimiques, excepté formation des liaisons hydrogène. Pour cela, la chaine latérale indique délicatement le rôle de l’aminoacide dans la protéine.  Donc il est très judicieux de classifier les aminoacides d’après les propriétés des chaines.
  7. 7. 1. Les α-aminoacides 1.4. classification des α-aminoacides  Chaîne latérale non-polaire
  8. 8. 1. Les α-aminoacides 1.4. classification des α-aminoacides  Chaîne latérale polaire non chargée
  9. 9. 1. Les α-aminoacides 1.4. classification des α-aminoacides  Chaîne latérale acide
  10. 10. 1. Les α-aminoacides 1.4. classification des α-aminoacides  Chaîne latérale basique
  11. 11. 1. Les α-aminoacides 1.4. classification des α-aminoacides
  12. 12. 1. Les α-aminoacides 1.5. les acides animés non communs
  13. 13. 1. Les α-aminoacides 1.5. les acides animés non communs
  14. 14. 1. Les α-aminoacides 1.5. les acides animés non communs
  15. 15. 1. Les α-aminoacides 1.6. Ionisation, effet du pH  Ionisation de l ’eau:  L ’eau se dissocie en ions H2O  H+ + OH-  En solution l ’ion H+ est solvaté H2O + H+  H3O+  La constante d ’équilibre est [H3O+] [OH-] Keq = [H2O]
  16. 16. 1. Les α-aminoacides 1.6. Ionisation, effet du pH  Dans l ’eau pure on a [H3O+] = [OH-] = 10-7 M  Si [H3O+] > [OH-] la solution est acide  Si [H3O+] < [OH-] la solution est basique  On définit le pH = -log [H3O+] une solution acide a un pH < 7 une solution basique a un pH > 7  La variation d'une unité pH correspond à une variation facteur 10 de la concentration en ion H+
  17. 17. 1. Les α-aminoacides 1.6. Ionisation, effet du pH  Un acide fort se dissocie totalement dans l ’eau HCl H+ + Cl-  Un acide faible se dissocie partiellement dans l ’eau, il s’établit alors un équilibre entre les différentes formes en solution AH H+ + A-  AH est l ’acide et A- la base conjuguée
  18. 18. 1. Les α-aminoacides 1.6. Ionisation, effet du pH  Pour un acide HA, la relation entre le pKa, les concentrations des formes protonées et déprotonées et le pH est de la forme: Si pH = pKa on a [AH] = [A-] Si pH < pKa la forme AH prédomine Si pH > pKa la forme A- prédomine pH = pKa + log10 [A-] [HA]
  19. 19. 1. Les α-aminoacides 1.6. Ionisation, effet du pH
  20. 20. 1. Les α-aminoacides 1.6. Ionisation, effet du pH  Les acides aminés sont des molécules amphotères: Il peuvent agir comme des acides et comme des bases.  Ils existent à l'état de zwitterions, c-à-d ils peuvent contenir des charges positives et négatives par leurs groupement carboxylique chargé négativement et aminé, chargé positivement et par les groupements ionisables de leurs chaines latérales. le zwitterion est une forme neutre qui possède autant de charges positives que de charges négatives
  21. 21. 1. Les α-aminoacides 1.7. Titration d’un acide aminé  Si pH < pK1 la forme cationique est majoritaire  Si pH = pK1 les formes [cations] = [neutres]  Si pH = (pK1 + pK2)/2 la forme neutre est majoritaire, on parle de pHi  Si pH = pK2 les formes [neutres] = [anions]  Si pH > pK2 la forme anionique est majoritaire
  22. 22. 1. Les α-aminoacides 1.8. Ionisation des AA: évolution des charges
  23. 23. 1. Les α-aminoacides 1.8.1. Titration d’un acide aminé à chine latérale non chargée  pHi = ½ (pK1 + pK2) = = (9,60 + 2,34)/2 = 5,97
  24. 24. 1. Les α-aminoacides 1.8.2. Titration d’un acide aminé à chine latérale positive  pHi = ½ (pK2 + pK3) = (8,95 + 10,53)/2 = 9,74
  25. 25. 1. Les α-aminoacides 1.8.3. Titration d’un acide aminé à chine latérale négative  pHi = ½ (pK1 + pK2) = (4,25 + 2,19)/2 = 3,22
  26. 26. 1. Les α-aminoacides 1.9. Propriétés physiques: Solubilité  Les acides aminés sont solubles dans l’eau, mais très faiblement à un pH autour de leur pHi , plus fortement en milieu alcalin (formation de sels);  Ils sont plus faiblement solubles dans l’alcool;  La solubilité dans les solvants apolaires dépend de leur chaine latérale.
  27. 27. 1. Les α-aminoacides 1.9. Propriétés physiques: Coloration et absorption de la lumière  Les solutions d’acides aminés sont incolores  La plupart des AA absorbent à une λ < 230 nm  Les AA aromatiques absorbent vers 280 nm (ultraviolet)  Utile pour repérer la présence de protéines.  Le tryptophane est fluorescent
  28. 28. 1. Les α-aminoacides 1.9. Propriétés physiques: Coloration et absorption de la lumière
  29. 29. 1. Les α-aminoacides 1.10. Réaction chimiques: la fonction carboxylique
  30. 30. 1. Les α-aminoacides 1.10. Réaction chimiques: la fonction amine
  31. 31. 1. Les α-aminoacides 1.10. Réaction chimiques: réaction avec la ninhydrine  Le chauffage à 130°C des acides aminés en présence de ninhydrine conduit à la condensation de deux molécules de ninhydrine reliées par un atome d’azote venant de l’acide aminé. C’est le pourpre de Ruhemann. C’est un composé violet absorbant à 570 nm. L’intensité de la coloration est inversement proportionnelle à la concentration de l’acide aminé.
  32. 32. 1. Les α-aminoacides 1.10. Réaction chimiques: formation de pont disulfure
  33. 33. 2. Protides et protéines 2.1. Définition  Enchaînement d’acides aminés  Chaque acide aminé est aussi appelé un résidu  2 résidus = dipeptide, 3 résidus = tripeptide  Moins de 20 résidus = oligopeptide  20-100 résidus = polypeptide  au-delà de 100 = protéine Un peptide ne contient pas structures secondaires canoniques (pas d’hélices ni de feuillets)
  34. 34. 2. Protides et protéines 2.2. Nomenclature  Orientation dans le sens de synthèse biologique: NH2 → COOH (= N-term → C-term)  On ajoute le suffixe –yl au nom du résidu.  Le dernier résidu garde son nom d’origine  Exemple: ala-phe-ser: alanylphénylsérine
  35. 35. 2. Protides et protéines 2.3. Liaison peptidique . .
  36. 36. 2. Protides et protéines 2.3. Liaison peptidique  Les 6 atomes engagés dans la liaison peptidique sont dans le même plan.
  37. 37. 2. Protides et protéines 2.3. Liaison peptidique  la liaison peptidique est un hybride de résonance où les électrons sont localisés dans une orbitale moléculaire π qui recouvre les atomes O, C et N et empêche la libre rotation autour de l’axe C-N.
  38. 38. 2. Protides et protéines 2.3. Liaison peptidique  Une chaîne poly- peptidique a deux types de liberté de rotation qui lui permettent d’adopter les conformations qui caractérisent sa structure secondaire :  la liberté de rotation d’un angle Φ autour de la liaison unissant le carbone α à l’azote amidique (liaison Cα–N) ;  la liberté de rotation d’un angle Ψ autour de la liaison unissant ce même carbone a au carbone du carbonyle (liaison Cα–C).
  39. 39. 2. Protides et protéines 2.4. Détermination du pHi  Exemple: glu-gly-ala-his-leu-arg-val  On repère les pKa correspondant dans un tableau.  en vert, les pKa des groupements ionisables
  40. 40. 2. Protides et protéines 2.4. Détermination du pHi  Tableau d’ionisation
  41. 41. 2. Protides et protéines 2.4. Détermination du pHi  Evolution des la charge globale du peptide  +3 ↔ +2 ↔ +1 ↔ 0 ↔ -1 ↔ -2  les pKa adjacents de la forme zwitterion sont pKa = 6 et pKa = 9,67 ; donc: pHi = ½ (6 + 9,67) = 7,8  à pH = 7,8 le peptide a une charge globale = 0 pKa=2,32 pKa=4,25 pKa=6 pKa=9,67 pKa=12,48
  42. 42. 2. Protides et protéines 2.5. Structure primaire  Structure primaire : séquence d’AA sous forme linéaire. La protéine ne s’est pas encore repliée. Il n’y a pas de liaisons à l’intérieur même de la chaîne.
  43. 43. 2. Protides et protéines 2. 5. Structure primaire  Glucagon  Oxytocine
  44. 44. 2. Protides et protéines 2. 5.1 Structure primaire: action des endopeptidases 
  45. 45. 2. Protides et protéines 2.5.2 Structure primaire: action des exopeptidases
  46. 46. 2. Protides et protéines 2.5.3 Détermination de AA N-terminal: dégradation d’Edman La dégradation d’Edman. On laisse réagir d’abord à pH 9, le résidu N-terminal d ’une chaîne polypeptidique avec PITC, et on obtient le dérivé phénylthio- carbamyle (PTC). Traité avec l’acide trifluoroacétique, ce dérivé libère la thiazolinone de l’acide aminé N- terminal. La thiazolinone séparée par extraction subit alors, en solution aqueuse acide, un réarrangement en une phénylthiohydantoïne (PTH) de l’acide aminé. En remettant la chaîne polypeptidique restante en milieu alcalin, le deuxième résidu d’acide aminé est prêt pour le deuxième cycle de dégradation d’Edman.
  47. 47. 2. Protides et protéines 2.5.3 Détermination de AA N-terminal: réaction au chloride de dansyle
  48. 48. 2. Protides et protéines 2.5.3 Détermination de AA N-terminal: méthode de Sanger  Procédure de Sanger pour identifier le résidu N-terminal. La protéine est traitée avec du 1-fluoro -2,4-dinitrobenzène (FDNB) dans des conditions alkalines pour produire une protéine dont le résidu N- terminal est modifié.  L’hydrolyse en milieu acide produit les AA libres et l’aminoacide DNP. Cet aminoacide marqué est identifié par chromatographie.
  49. 49. 2. Protides et protéines 2.6. Évolution de la structure primaire
  50. 50. 2. Protides et protéines 2.6. Évolution de la structure primaire
  51. 51. 2. Protides et protéines 2.6. Évolution de la structure primaire
  52. 52. 2. Protides et protéines 2.7. Structure secondaire  C’est un repliement local d’une chaîne peptidique selon les interactions entre AA.  Il existe plusieurs modèles de structures secondaires :  Hélice α  Feuillet β  Boucles  Coudes
  53. 53. 2. Protides et protéines 2.7.1 Hélice α  Les chaînes latérales R sont orientées vers l’extérieur de l’hélice.  Les oxygènes des CO pointent vers l’extrémité C-terminale, les hydrogènes des NH vers l’extrémité N-terminale des liaisons hydrogène s’établissent entre les CO et les NH ; individuellement, ces liaisons n’ont pas une grande énergie de stabilisation mais leur accumulation stabilise fortement l’hélice α.
  54. 54. 2. Protides et protéines 2.7.1 Hélice α
  55. 55. 2. Protides et protéines 2.7.2 Feuillet β  Se rencontrent rarement dans les membranes car moins stables que les hélices α. Les chaînes peuvent être parallèles ou anti parallèles. Les acides aminés des chaînes opposés l’une à l’autre, interagissent par des liaisons hydrogènes. Les AA se situent à 0,35nm l’un de l’autre. Un étirement est possible.  Dans la représentation schématique d’une protéine, on donne aux brins b la forme d’une flèche.
  56. 56. 2. Protides et protéines 2.7.2 Feuillet β  Antiparallèle Parallèle
  57. 57. 2. Protides et protéines 2.7.2 Feuillet β
  58. 58. 2. Protides et protéines 2.7.3 Coudes et boucles  Les hélices et des feuillets plissés sont connectés par des régions de conformation non répétitive et souvent irrégulière, de longueur variable, les coudes ou les boucles.  Ce sont des domaines de liaison au sein des protéines.  Permettent les changements d’orientation dans l’espace.  Souvent exposés à la surface des protéines
  59. 59. 2. Protides et protéines 2.7.3 Motifs de reploiement
  60. 60. 2. Protides et protéines 2.8. Structure tertiaire  C’est l’arrangement dans l’espace des différentes structures secondaires.  C’est la structure tridimensionnelle, très stable dans laquelle sont impliquées toutes sortes de liaison non covalentes et covalentes:  Ponts disulfure  Liaison de coordinence ou dative.  Ioniques  Hydrogène  Van der Walls (dipôle induit-dipôle induit)  Hydrophobes  Elle garantit l’activité biologique de la protéine.
  61. 61. 2. Protides et protéines 2.8. Structure tertiaire
  62. 62. 2. Protides et protéines 2.8. Structure tertiaire  Une protéine soluble dans l’eau va se replier de façon à ce que les résidus les plus polaires soient au contact du solvant. Les résidus apolaires, eux, seront au cœur de la protéine de façon à ne pas interagir avec l’eau. Carboxypeptidase Myoglobine Concanavaline A
  63. 63. 2. Protides et protéines 2.9. Structure quaternaire  C’est l’association de plusieurs chaînes peptidiques pour donner un complexe stable et actif.  Les chaînes qui constituent ce complexe sont des protomères ou sous-unités, chacune ayant une structure tertiaire définie.  L’association des différentes chaînes se fait via des liaisons faibles et parfois aussi via des ponts disulfures.  On peut trouver des homomultimères (plusieurs chaînes peptidiques identiques) et des hétéromultimères (plusieurs chaînes peptidiques différentes).
  64. 64. 2. Protides et protéines 2.9. Structure quaternaire Hémoglobine Immunoglobuline
  65. 65. 2. Protides et protéines 2.9. Structure quaternaire
  66. 66. 2. Protides et protéines 2.10. Hétéroprotéines  Les protéines peuvent être covalemment liées à d’autres molécules:  si c’est à un lipide on parle de lipoprotéine  si c’est à un glucide on parle de glycoprotéine  si c’est à un métal on parle de métalloprotéine

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