Fiche de révision : Biochimie des protéines

📋 Plan du Cours

1. Organisation du vivant et biomolécules
2. Rôles généraux des protéines
3. Acides aminés et nomenclature
4. Structure et propriétés des acides aminés
5. Classification des chaînes latérales
6. Niveaux de structure protéique
7. Repliement et maladies à prions
8. Classifications des protéines
9. Collagène et collagénopathies
10. Hémoprotéines et hémoglobinopathies

📖 1. Organisation du vivant et biomolécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Biochimie : Étude des processus chimiques à la base de la vie, à l’interface entre la chimie et la biologie cellulaire.
• Molécule : Constituée d’atomes liés par des liaisons covalentes reposant sur la mise en commun d’un ou plusieurs électrons.

📝 Points essentiels

• 🔄 Les niveaux d’organisation du vivant sont:

  1. atome
  2. molécule
  3. cellule
  4. tissu
  5. organe
  6. système
  7. organisme

• La cellule contient notamment:

  • 70 % d’eau
  • 18 % de protéines
  • des lipides
  • des polyosides
  • des acides nucléiques
  • 1 % d’ions et de minéraux
  • des petites molécules
  • des acides aminés

• Les quatre familles de biomolécules sont:

  • les glucides
  • les lipides
  • les protéines
  • les acides nucléiques

💡 Astuce mémo

Atome → molécule → cellule → tissu → organe → système → organisme

📖 2. Rôles généraux des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine : Polymère linéaire d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques covalentes.

★ À maîtriser

• Les protéines représentent environ 50 % du poids sec d’une cellule et figurent parmi les biomolécules les plus abondantes.

📌 Les protéines ont un rôle structural de support des cellules et des tissus ou un rôle fonctionnel dans des processus biologiques comme la catalyse, le transport, la signalisation, la défense et la régulation.

Compléments

• Les enzymes favorisent les réactions chimiques, l’hémoglobine transporte l’oxygène, les toxines perturbent l’organisme, les hormones transmettent des signaux et les immunoglobulines assurent la défense de l’organisme.

💡 Astuce mémo

Structure : support des tissus ; fonction : processus biologiques

📖 3. Acides aminés et nomenclature

★ À maîtriser

• Plus de 300 acides aminés sont décrits dans la nature, mais 20 acides aminés protéinogènes standards interviennent dans la synthèse des protéines.

• Les huit acides aminés essentiels sont:

  • isoleucine
  • leucine
  • lysine
  • méthionine
  • phénylalanine
  • thréonine
  • tryptophane
  • valine

Compléments

• Les deux acides aminés semi-essentiels sont l’histidine et l’arginine, nécessaires à certaines périodes de la vie comme la grossesse et la croissance.

• Chaque acide aminé peut être désigné par un code à trois lettres ou par un code à une lettre, comme alanine ALA et A, ou leucine LEU et L.

💡 Astuce mémo

Le Très Lyrique Tristan Fait Vachement Méditer Iseult

📖 4. Structure et propriétés des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Alpha-amino-acide : Possède un carbone α lié à un groupement carboxylique COO−, un groupement amine primaire NH2, un hydrogène et une chaîne latérale R variable.
• Point isoélectrique : pH pour lequel la charge nette d’un acide aminé est nulle, avec autant de charges positives que négatives.

★ À maîtriser

• La glycine est le plus petit acide aminé, possède un hydrogène comme chaîne latérale R et présente un encombrement stérique très faible.

• Selon le pH, un acide aminé est totalement protoné et cationique en milieu acide, zwitterionique à pH neutre, puis totalement déprotoné et anionique en milieu basique.

📌 Tous les acides aminés naturels sont de configuration L, tandis que la glycine n’a pas d’énantiomère car elle ne possède pas de carbone asymétrique.

Compléments

• La plupart des acides aminés sont solubles dans l’eau et peu solubles dans les solvants organiques apolaires, mais une chaîne latérale hydrophobe augmente leur solubilité dans ces solvants.

💡 Astuce mémo

Glycine achirale et peu encombrée ; autres acides aminés généralement chiraux

📖 5. Classification des chaînes latérales

★ À maîtriser

📌 Les chaînes latérales apolaires favorisent les interactions hydrophobes, les chaînes polaires non chargées établissent notamment des liaisons hydrogène et les chaînes polaires chargées portent une charge à pH physiologique.

• Les acides aminés non polaires aliphatiques sont:

  • glycine
  • alanine
  • valine
  • leucine
  • isoleucine

• La cystéine est le seul acide aminé possédant un groupement thiol −SH et deux résidus de cystéine peuvent former un pont disulfure covalent au sein d’une chaîne ou entre deux chaînes protéiques.

• À pH physiologique, la lysine et l’arginine sont des acides aminés basiques chargés positivement, tandis que l’acide aspartique et l’acide glutamique sont acides et chargés négativement.

Compléments

• La proline est un acide aminé cyclique non aromatique et rigide qui impose des changements de direction dans l’organisation spatiale des protéines.

• L’insuline possède deux chaînes polypeptidiques A et B reliées par deux ponts disulfures interchaînes, ainsi qu’un pont disulfure intrachaîne dans la chaîne A, et la rupture de ces ponts entraîne la perte de fonction de la protéine.

💡 Astuce mémo

Apolaire, polaire non chargée ou polaire chargée

📖 6. Niveaux de structure protéique

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : Séquence des acides aminés d’une protéine, reliés entre eux par des liaisons peptidiques et orientés de l’extrémité N-terminale vers l’extrémité C-terminale.

• Liaison peptidique : Liaison amide covalente formée entre le groupement amine d’un acide aminé et le groupement carboxyle de l’acide aminé suivant lors de la traduction.
• Structure secondaire : Repliement local d’une chaîne d’acides aminés en hélices alpha, feuillets bêta ou coudes bêta, stabilisés par des liaisons hydrogène.
• Structure tertiaire : Organisation spatiale des structures secondaires par des ponts disulfures, des liaisons hydrogène et ioniques ainsi que par l’effet hydrophobe.
• Structure quaternaire : Arrangement spatial des sous-unités d’une protéine fonctionnelle et ne concerne que les protéines possédant plusieurs sous-unités.

★ À maîtriser

• Dans une hélice alpha, une liaison hydrogène s’établit entre le groupement C=O d’un résidu i et le groupement N−H du résidu i+4; un tour mesure 0,54 nm et contient 3,6 résidus.

Compléments

• Un feuillet bêta est formé d’au moins deux brins bêta stabilisés par des liaisons hydrogène, et la distance entre deux acides aminés adjacents est de 0,35 nm.

• Un coude bêta contient quatre acides aminés, permet un changement de direction et peut être de type I avec au moins une proline ou de type II avec au moins une glycine.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 7. Repliement et maladies à prions

🔑 Notions clés & Définitions

• Dénaturation : Processus par lequel une protéine perd sa structure tridimensionnelle, devient mal conformée et perd sa fonction.

★ À maîtriser

• La structure tridimensionnelle d’une protéine est déterminée par sa séquence en acides aminés et elle est indispensable à sa fonction.

📌 Le prion normal PrPc est une protéine globulaire soluble contenant trois hélices alpha et sensible aux protéases, tandis que le prion pathogène PrPsc est riche en feuillets bêta, insoluble, agrégé en fibres amyloïdes et résistant aux protéases.

• Le passage de PrPc à PrPsc se fait par un processus autoréplicatif dans lequel un prion pathogène interagit avec des prions normaux et induit leur changement de conformation.

• Les principales maladies à prions citées sont: maladie de Creutzfeldt-Jakob chez l’Homme, encéphalopathie spongiforme bovine chez les bovins, tremblante du mouton chez certains ruminants

Compléments

• Les maladies neurodégénératives conformationnelles résultent de l’accumulation de protéines anormalement repliées, dont le bon repliement est généralement aidé par des protéines chaperonnes.

💡 Astuce mémo

Mauvais repliement → agrégation protéique → destruction neuronale

📖 8. Classifications des protéines

★ À maîtriser

• Selon leur fonction, les protéines peuvent être structurales, de transport, motrices, régulatrices, de signalisation, de défense et protection, ou de stockage.

📌 Une holoprotéine est constituée uniquement d’acides aminés, tandis qu’une hétéroprotéine contient des acides aminés et une partie non protéique appelée groupement prosthétique.

• Les oligopeptides contiennent moins de 10 acides aminés, les polypeptides en contiennent 10 à 100 et les protéines plus de 100.

Compléments

📌 Les protéines globulaires, fibreuses et mixtes se distinguent par leur forme; l’hémoglobine est globulaire, le collagène est fibreux et la myosine est mixte.

• Le glucagon contient 29 acides aminés et l’insuline 51 acides aminés; tous deux régulent le glucose et la glycémie, tandis que la titine contient environ 30 000 acides aminés.

💡 Astuce mémo

Fonction, composition, forme et taille classent les protéines selon des critères différents

📖 9. Collagène et collagénopathies

🔑 Notions clés & Définitions

• Tropocollagène : Superhélice formée par l’enroulement de trois chaînes hélicoïdales contenant la répétition du motif Gly-X-Y.

★ À maîtriser

• Le collagène représente environ 30 % des protéines du règne animal, comprend 28 types et le collagène de type I est majoritaire avec plus de 90 % du collagène.

• Dans le motif Gly-X-Y du collagène, X est souvent une proline et Y souvent une hydroxyproline; la proline hydroxylase transforme la proline en hydroxyproline avec la vitamine C comme cofacteur.

• 🔄 La réticulation du collagène suit les étapes:

  1. association de résidus de tropocollagène
  2. action de la lysyl oxydase sur les lysines
  3. formation de pontages covalents
  4. formation du collagène fibrillaire

📌 L’ostéogenèse imparfaite est une collagénopathie héréditaire due à un défaut qualitatif du collagène de type I, tandis que le scorbut est une collagénopathie acquise due à une carence en vitamine C.

Compléments

• Dans l’ostéogenèse imparfaite, une mutation remplaçant la glycine par un acide aminé plus encombrant altère fortement le collagène et provoque notamment une fragilité osseuse avec fractures spontanées ou après des traumatismes minimes.

• Le scorbut altère la triple hélice du collagène et provoque notamment un état général altéré, un syndrome hémorragique et une fragilité des vaisseaux sanguins et de la peau.

💡 Astuce mémo

Vitamine C insuffisante → hydroxyproline insuffisante → collagène fragilisé

📖 10. Hémoprotéines et hémoglobinopathies

🔑 Notions clés & Définitions

• Hème : Groupement prosthétique non protéique qui permet la fixation de l’oxygène grâce à un atome de fer ferreux Fe2+ situé au centre d’une protoporphyrine.
• Hémoglobinopathie : Maladie génétique liée à une anomalie de l’hémoglobine qui peut altérer sa solubilité, l’oxydation du fer ou la fixation de l’oxygène; environ 5 % de la population mondiale serait porteuse d’un gène potentiellement pathologique.

★ À maîtriser

📌 La myoglobine est une hétéroprotéine musculaire intracellulaire qui stocke l’oxygène, tandis que l’hémoglobine est une hétéroprotéine des globules rouges qui transporte l’oxygène des poumons vers l’organisme.

• La myoglobine est une protéine monomérique de 153 acides aminés possédant un seul site de liaison à l’oxygène et dépourvue de structure quaternaire.

• L’hémoglobine est une protéine tétramérique composée de deux sous-unités alpha de 141 acides aminés et de deux sous-unités bêta de 146 acides aminés, et elle fixe quatre molécules d’oxygène.

• 🔄 La drépanocytose résulte des étapes suivantes: substitution du glutamate par une valine en position 6 de la chaîne bêta, diminution de la solubilité de la désoxyhémoglobine S, polymérisation par interactions hydrophobes, déformation des globules rouges en faucille

• La drépanocytose provoque un syndrome anémique, un risque accru d’infections et des crises vaso-occlusives douloureuses favorisées notamment par l’hypoxie et la fièvre; son seul traitement curatif est l’allogreffe de moelle osseuse.

Compléments

• Le fer de l’hème possède six liaisons de coordination : quatre avec les azotes des noyaux pyrroles, une avec un résidu d’histidine de la partie protéique et une avec l’oxygène.

💡 Astuce mémo

Myoglobine : stockage musculaire ; hémoglobine : transport sanguin

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison de la myoglobine et de l’hémoglobine

Comparaison des prions