Fiche de révision : Modifications post-traductionnelles des protéines

📋 Plan du Cours

1. Structure des protéines et acides aminés
2. Rôles et diversité des modifications
3. Phosphorylation et déphosphorylation
4. Glycosylation des protéines
5. N-glycosylation et maturation
6. O-glycosylation et mucines
7. Autres glycosylations protéiques

📖 1. Structure des protéines et acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure tertiaire : L’arrangement spatial de l’ensemble du polypeptide, issu de repliements entre acides aminés éloignés dans la séquence.
• Structure primaire : La séquence des acides aminés d’une protéine.
• Structure secondaire : L’arrangement de repliements locaux entre acides aminés proches dans la séquence.
• Structure quaternaire : L’organisation de plusieurs sous-unités constituées de polypeptides.

★ À maîtriser

• Les protéines sont des polymères d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, et il existe 20 acides aminés répartis en familles selon leurs interactions avec l’eau.

• Les groupements SH de deux cystéines peuvent former un pont disulfure par oxydation, consolidant une structure tertiaire ou permettant une structure quaternaire.

Compléments

• À pH physiologique, les groupements des acides aminés sont ionisés, ce qui permet des interactions ioniques.

• Les acides aminés particulièrement concernés sont :

  • la cystéine
  • la tyrosine
  • la sérine
  • la thréonine

• Quinze des 20 acides aminés peuvent faire l’objet de modifications post-traductionnelles.

📖 2. Rôles et diversité des modifications

★ À maîtriser

• Les modifications post-traductionnelles diversifient les protéines produites à partir d’un même gène, de sorte que le protéome est plus important que le génome.

• Les modifications post-traductionnelles peuvent créer des interactions transitoires, modifier l’activité ou la localisation d’une protéine, et certaines sont rapides et réversibles.

Compléments

• Les modifications post-traductionnelles comprennent des modifications chimiques, polypeptidiques, des ajouts de molécules complexes et des modifications du squelette d’acides aminés.

• Plus de 300 modifications post-traductionnelles sont connues.

• Les modifications post-traductionnelles peuvent être réversibles ou irréversibles et sont dynamiques.

💡 Astuce mémo

Modifier la structure → moduler la fonction

📖 3. Phosphorylation et déphosphorylation

🔑 Notions clés & Définitions

• Phosphorylation : L’addition réversible d’un groupement phosphate sur le radical R de certains acides aminés.

★ À maîtriser

• La phosphorylation transforme un radical hydrophobe en groupement hydrophile, ce qui peut changer la conformation et les interactions de la protéine.

• Chez les mammifères, la sérine, la thréonine et la tyrosine sont les trois acides aminés phosphorylés, représentant respectivement 86,4 %, 11,8 % et 1,8 % des résidus phosphorylés.

• La phosphorylation est catalysée par une kinase et la déphosphorylation par une phosphatase.

• La phosphorylation peut faire basculer rapidement et réversiblement une protéine entre des états actif et inactif.

• Les fonctions cellulaires concernées comprennent :

  • la synthèse protéique
  • la division cellulaire
  • la transduction du signal
  • la croissance cellulaire
  • le développement
  • la différenciation cellulaire
  • l’apoptose
  • la prolifération

Compléments

• Les protéines kinases peuvent être activées par phosphorylation, ce qui déclenche ensuite une cascade de phosphorylations.

• Les kinases peuvent être activées ou désactivées par cis-phosphorylation ou autophosphorylation, par liaison d’un activateur ou d’un inhibiteur, ou par changement de localisation cellulaire.

• Les kinases se classent en kinases sérine/thréonine, kinases tyrosine et kinases à double spécificité, ces dernières agissant sur les trois types d’acides aminés.

• La déphosphorylation hydrolyse le groupement acide phosphorique pour libérer un groupement phosphate et un radical hydroxyle.

• Les phosphatases sont classées en trois sous-familles : PPP, PPM dépendantes des métaux et PTP.

• La phosphorylation peut modifier la charge d’une protéine et sa conformation, ce qui peut altérer la fixation d’un ligand ou permettre la fixation à un complexe protéique.

• Le protéome humain compte environ 21 000 protéines, dont plus des deux tiers sont phosphorylées.

• Le génome humain comprend environ 568 protéines kinases et 156 protéines phosphatases.

💡 Astuce mémo

Kinase ajoute le phosphate, phosphatase l’enlève

📖 4. Glycosylation des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycosylation : La fixation d’un glucide ou de chaînes d’oligosaccharides sur une chaîne polypeptidique.

★ À maîtriser

• La glycosylation est la modification co- et post-traductionnelle la plus abondante et la plus diversifiée, et elle est présente chez tous les organismes eucaryotes.

• La N-glycosylation relie un oligosaccharide à une asparagine, est co-traductionnelle, commence dans le REG et se poursuit dans le Golgi, et est conservée chez les métazoaires.

📌 Le site consensus de N-glycosylation est N-X-S/T, où N est l’asparagine, X peut être n’importe quel acide aminé sauf la proline, et S/T est la sérine ou la thréonine.

Compléments

• Les processus auxquels participe la glycosylation comprennent :

  • la prolifération cellulaire
  • la différenciation cellulaire
  • la migration cellulaire
  • l’intégrité et la reconnaissance cellulaires
  • les interactions hôte-pathogènes
  • la modulation immunitaire
  • la transduction du signal

• La diversité des glucides et des chaînes de polysaccharides, ainsi que les modifications que peuvent subir les glucides fixés, accroît la variété des protéines glycosylées.

• Chez les bactéries et les archées, la glycosylation peut être cytoplasmique puis suivie d’une translocation, avec exposition à la surface ou sécrétion ; chez les eucaryotes, elle est le plus souvent compartimentée dans le REG puis l’appareil de Golgi avant transfert vers la membrane, exposition ou sécrétion.

• Les grands types de glycosylation sont :

  • la N-glycosylation
  • l’O-glycosylation
  • la C-glycosylation
  • la glypiation
  • la phosphoglycosylation

• On estime que 30 % des protéines sécrétées sont N-glycosylées.

• La N-glycosylation commence pendant la synthèse protéique dans le réticulum endoplasmique granuleux.

📖 5. N-glycosylation et maturation

★ À maîtriser

• Pendant la translocation de la protéine dans la lumière du réticulum endoplasmique, une chaîne oligosaccharidique de 14 résidus est fixée sur une asparagine.

• 🔄 La N-glycosylation se déroule en quatre étapes :

  1. Biosynthèse des donneurs
  2. Transfert des résidus activés
  3. Transfert de l’oligosaccharide à la protéine
  4. Maturation dans l’appareil de Golgi

• Lors du passage de la protéine du RE à l’appareil de Golgi, des glycosidases enlèvent des résidus monosaccharidiques et des glycosyltransférases en ajoutent de nouveaux.

Compléments

• L’ALG7 est une N-acétylglucosamine-phosphate transférase appartenant à la famille des gènes ALG (asparagine linked glycosylation).

• Les donneurs UDP-N-acétylglucosamine et GDP-mannose sont utilisés par les transférases du côté cytoplasmique de la membrane du réticulum endoplasmique, tandis que le dolichol-P-mannose et le dolichol-P-glucose sont transloqués vers la lumière du RE et y servent de substrats aux glycosyltransférases.

• La translocation des résidus du cytoplasme vers la lumière du RE est assurée par une flippase.

• Le transfert de l’oligosaccharide à la protéine est catalysé par le complexe enzymatique oligosaccharyltransférase.

💡 Astuce mémo

Donneurs → assemblage dans le RE → transfert à la protéine → maturation dans le Golgi.

📖 6. O-glycosylation et mucines

★ À maîtriser

• La O-glycosylation est une modification post-traductionnelle effectuée principalement dans l’appareil de Golgi, mais elle peut aussi avoir lieu dans le cytosol et le noyau.

• La O-glycosylation relie des oligosaccharides à une sérine ou une thréonine et est catalysée par la N-acétylgalactosamine transférase, sans séquence consensus identifiée.

• Les mucines sont des glycoprotéines fortement O-glycosylées qui constituent notamment le mucus protégeant les voies respiratoires et digestives.

Compléments

• Dans la O-glycosylation, les résidus sont ajoutés l’un après l’autre par des glycosyltransférases, principalement dans l’appareil de Golgi, sans maturation par des glycosidases.

• Les chaînes oligosaccharidiques O-liées sont plus longues que les chaînes N-liées, et les glycoprotéines qui en résultent peuvent comporter 80 % de glucides.

• Le domaine PTS des grandes mucines, riche en proline, thréonine et sérine, est fortement O-glycosylé sur les résidus sérine et thréonine et donne à la mucine une conformation étendue en goupillon.

💡 Astuce mémo

Une mucine en goupillon, dont les chaînes O-glycosylées forment les soies.

📖 7. Autres glycosylations protéiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Glypiation : Liaison d’un glycosylphosphatidylinositol (GPI) qui permet l’ancrage d’une protéine dans la membrane plasmique.

📝 Points essentiels

• La C-glycosylation relie un mannose à un résidu tryptophane par l’action d’une C-mannosyl-transférase sur la séquence consensus Trp-X-X-Trp.

• La phosphoglycosylation, mise en évidence chez certains parasites, relie des résidus glucidiques à une sérine ou une thréonine par une liaison phosphodiester.