Fiche de révision : Biochimie des protides

Plan du Cours

  1. Structure et diversité des acides aminés
  2. Caractère amphotère des acides aminés
  3. Liaison peptidique et peptides
  4. Structures et catégories protéiques
  5. Groupements prosthétiques des hétéroprotéines
  6. Structures secondaires et tertiaires
  7. Structure quaternaire de l’hémoglobine
  8. Fonctions biologiques des protéines
  9. Dénaturation des protéines
  10. Séparation électrophorétique des protéines

1. Structure et diversité des acides aminés

Notions clés & Définitions

  • Acide aminé : Molécule organique possédant au minimum une fonction amine (–NH₂) et une fonction acide carboxylique (–COOH).
  • Acide aminé essentiel : Acide aminé que l’organisme humain ne peut pas synthétiser en quantité suffisante pour couvrir ses besoins physiologiques et qui doit donc être apporté par l’alimentation.

★ À maîtriser

  • Dans les protéines des organismes vivants, les acides aminés sont principalement des α-aminoacides, dont les fonctions amine et carboxyle sont portées par le même carbone α, adjacent au carbone du groupement carboxyle.

  • Les protéines sont constituées principalement de 20 acides aminés standards codés directement ou indirectement par le code génétique.

  • Les acides aminés essentiels chez l’adulte sont :

    • Leucine
    • Thréonine
    • Lysine
    • Histidine
    • Tryptophane
    • Phénylalanine
    • Valine
    • Méthionine
    • Isoleucine

Compléments

  • Le carbone α est asymétrique et lié à quatre groupes distincts, sauf chez la glycine : un groupement carboxyle, un groupement amine, un hydrogène et une chaîne latérale R.

  • La chaîne latérale R détermine notamment la charge électrique, la polarité, l’hydrophobicité, les interactions possibles et la réactivité chimique de l’acide aminé.

  • Les catégories d’acides aminés et leurs exemples sont :

    • Apolaires ou hydrophobes : alanine, valine, leucine
    • Polaires non chargés : sérine, thréonine
    • Acides : aspartate, glutamate
    • Basiques : lysine, arginine, histidine
    • Aromatiques : phénylalanine, tyrosine, tryptophane
  • L’histidine est essentielle chez le nourrisson comme chez l’adulte.

  • Certains acides aminés deviennent conditionnellement essentiels lorsque leurs besoins dépassent les capacités de synthèse de l’organisme, par exemple pendant certaines périodes de croissance, maladies ou situations physiologiques particulières.

2. Caractère amphotère des acides aminés

Notions clés & Définitions

  • Caractère amphotère : Propriété d’un acide aminé qui peut se comporter à la fois comme un acide et comme une base selon le pH du milieu.
  • Zwitterion : Au point isoélectrique (pHi), le transfert interne d’un proton du groupement –COOH vers le groupement –NH₂ forme un ion dipolaire portant une charge positive et une charge négative mais de charge globale nulle.

★ À maîtriser

  • Le groupement carboxylique (–COOH), acide faible, peut libérer un ion H⁺ et devenir –COO⁻, tandis que le groupement amine (–NH₂), base faible, peut capter un ion H⁺ et devenir –NH₃⁺.

  • En milieu très acide, l’amine devient –NH₃⁺ et le carboxyle reste –COOH ; l’acide aminé porte alors une charge globale positive et se comporte comme une base.

Compléments

  • En milieu très basique, le carboxyle devient –COO⁻ et l’amine –NH₂ ; l’acide aminé porte alors une charge globale négative et se comporte comme un acide.

  • En captant ou en libérant des protons, les acides aminés et les protéines contribuent à stabiliser le pH des milieux biologiques, comme le sang.

  • La charge globale d’un acide aminé dépend du pH, ce qui permet de séparer différents acides aminés par électrophorèse en modifiant le pH du milieu de migration.

Astuce mémo

Au pH bas, l’acide aminé est cation ; au pH élevé, il est anion.

3. Liaison peptidique et peptides

Notions clés & Définitions

  • Liaison peptidique : Liaison covalente de type amide qui relie le groupement carboxyle d’un acide aminé au groupement amine de l’acide aminé suivant dans une chaîne peptidique ou une protéine.
  • Protéine : Macromolécule constituée d’une ou de plusieurs chaînes polypeptidiques organisées en trois dimensions et assurant une fonction biologique.

★ À maîtriser

  • Par résonance, la liaison C–N peptidique possède un caractère partiel de double liaison ; les atomes C, O, N et H sont coplanaires et la rotation autour de l’axe C–N est bloquée.

Compléments

  • Un peptide ou une protéine possède toujours une extrémité C-terminale et une extrémité N-terminale.

  • Les chaînes latérales R adoptent généralement une configuration trans de part et d’autre du plan de la liaison peptidique afin de minimiser l’encombrement stérique.

📌 Un dipeptide contient 2 acides aminés, un tripeptide en contient 3, un oligopeptide en contient quelques-uns et un polypeptide est une chaîne plus longue.

  • Par convention, une protéine de moins de 100 acides aminés est appelée un peptide.

  • L’insuline est une protéine constituée de deux chaînes polypeptidiques reliées notamment par des ponts disulfures.

4. Structures et catégories protéiques

Notions clés & Définitions

  • Structure primaire : Enchaînement linéaire, dans un ordre précis dicté par le code génétique, des acides aminés reliés par des liaisons peptidiques.
  • Holoprotéine : Protéine simple constituée exclusivement d’acides aminés et libérant uniquement des acides aminés lors de son hydrolyse complète.
  • Hétéroprotéine : Protéine conjuguée comprenant une partie protéique appelée apoprotéine et une partie non protéique appelée groupement prosthétique ou cofacteur.

★ À maîtriser

📌 Les holoprotéines globulaires sont généralement sphériques et solubles dans l’eau ou les solutions salines, tandis que les protéines fibreuses sont allongées, résistantes et insolubles.

Compléments

  • Les protéines globulaires assurent notamment des rôles mobiles et métaboliques ; les albumines sériques, les globulines impliquées dans l’immunité et les histones qui compactent l’ADN en sont des exemples.

  • Les protéines fibreuses assurent principalement des fonctions de structure et de soutien mécanique ; la kératine des cheveux, le collagène des tissus conjonctifs et l’élastine de la peau en sont des exemples.

  • Les hétéroprotéines se classent notamment selon leur groupement prosthétique :

    • Glycoprotéines : groupement glucidique
    • Lipoprotéines : groupement lipidique
    • Phosphoprotéines : groupement d’acide phosphorique
    • Chromoprotéines : molécule colorée
    • Nucléoprotéines : acide nucléique
  • Les lipoprotéines permettent le transport des graisses hydrophobes dans le sang aqueux ; le LDL et le HDL en sont des exemples.

  • Les phosphoprotéines comprennent notamment la caséine du lait et la vitelline du jaune d’œuf.

Astuce mémo

Holoprotéine : uniquement des acides aminés ; hétéroprotéine : aussi une partie non protéique.

5. Groupements prosthétiques des hétéroprotéines

★ À maîtriser

  • Les nucléoprotéines ont pour groupement prosthétique un acide nucléique, ADN ou ARN ; les ribosomes et la chromatine en sont des exemples.

  • Les métalloprotéines possèdent un ion métallique directement intégré, essentiel à l’activité de la protéine ; la ferritine stocke le fer et la plastocyanine contient du cuivre.

Compléments

  • Les hétéroprotéines héminiques possèdent un noyau hème contenant du fer, comme l’hémoglobine, qui transporte l’oxygène, et les cytochromes, impliqués dans la respiration cellulaire.

  • Les hétéroprotéines non héminiques comprennent la rhodopsine, pigment de la rétine impliqué dans la vision.

6. Structures secondaires et tertiaires

Notions clés & Définitions

  • Structure secondaire : Arrangement spatial local et régulier de segments de la chaîne polypeptidique, stabilisé par des liaisons hydrogène entre les atomes du squelette peptidique.
  • Structure tertiaire : Architecture tridimensionnelle globale d’une protéine, résultant du repliement spatial de sa structure secondaire.

★ À maîtriser

📌 Les deux motifs majeurs de structure secondaire sont l’hélice alpha, où la chaîne s’enroule en tire-bouchon, et le feuillet bêta, où des chaînes s’alignent parallèlement ou antiparallèlement en structure plissée.

Compléments

  • La structure tertiaire crée des cavités spécifiques, comme les sites actifs des enzymes, nécessaires à l’activité de la protéine.

  • La structure tertiaire est stabilisée par :

    • des liaisons hydrogène
    • des interactions hydrophobes
    • des liaisons ioniques
    • des ponts disulfure

Astuce mémo

Imaginez un ruban qui forme d’abord un tire-bouchon ou un accordéon, puis se replie en une forme 3D compacte.

7. Structure quaternaire de l’hémoglobine

Notions clés & Définitions

  • Structure quaternaire : Association de plusieurs chaînes polypeptidiques indépendantes, appelées sous-unités, en un complexe protéique fonctionnel.

★ À maîtriser

  • L’hémoglobine A humaine adulte majoritaire est un tétramère formé de deux chaînes alpha de 141 acides aminés chacune et de deux chaînes bêta de 146 acides aminés chacune.

  • Chaque sous-unité d’hémoglobine contient un groupement hème composé d’un anneau porphyrine tétrapyrrolique et d’un ion ferreux central Fe2+.

  • L’ion ferreux de l’hème forme une liaison réversible avec le dioxygène, et une molécule d’hémoglobine peut transporter jusqu’à quatre molécules d’oxygène grâce à ses quatre hèmes.

Compléments

  • Les quatre sous-unités globulaires de l’hémoglobine sont associées par des liaisons hydrogène, des liaisons ioniques et des interactions hydrophobes pour former une structure quaternaire α2 β2.

8. Fonctions biologiques des protéines

★ À maîtriser

  • Les principales fonctions des protéines sont :
    • enzymatique
    • structurale
    • de transport
    • contractile
    • hormonale et de signalisation
    • immunitaire
    • de réserve

Compléments

  • Les enzymes, comme l’amylase, la trypsine et la lactase, catalysent des réactions chimiques.

  • Le collagène contribue à la structure du tissu conjonctif, tandis que la kératine contribue à celle des cheveux, des ongles et de l’épiderme.

  • L’hémoglobine transporte l’oxygène, l’albumine transporte de nombreuses molécules plasmatiques et des protéines membranaires transportent des molécules ou des ions.

  • L’actine et la myosine sont des protéines essentielles à la contraction musculaire.

  • L’insuline est une hormone constituée de peptides ou de protéines, et des protéines membranaires peuvent agir comme récepteurs, protéines de signalisation ou canaux ioniques.

  • Les anticorps, ou immunoglobulines, sont produits par les lymphocytes B différenciés et reconnaissent spécifiquement certains antigènes.

  • L’ovalbumine de l’œuf est une protéine pouvant servir de réserve d’acides aminés.

9. Dénaturation des protéines

Notions clés & Définitions

  • Dénaturation des protéines : Perte de leurs structures secondaire, tertiaire et quaternaire sans rupture de leur chaîne principale d’acides aminés, c’est-à-dire de leur structure primaire.

★ À maîtriser

  • La dénaturation rompt les interactions qui maintiennent la forme native de la protéine, ce qui lui fait perdre son activité biologique.

  • Les facteurs de dénaturation cités sont :

    • la chaleur
    • les rayons UV ou X
    • les variations de pH
    • l’alcool
    • l’acétone
    • l’urée

Compléments

  • La majorité des protéines se dénaturent à partir de 41°C sous l’effet de la chaleur.

📌 La dénaturation est généralement irréversible, mais certaines petites protéines peuvent renaturer si l’agent dénaturant est retiré dans des conditions de laboratoire très douces.

Astuce mémo

La rupture des interactions qui maintiennent la forme native entraîne la perte d’activité biologique.

10. Séparation électrophorétique des protéines

★ À maîtriser

📌 L’électrophorèse classique sépare les protéines selon leur charge et leur forme natives, tandis que le SDS-PAGE les sépare uniquement selon leur masse molaire.

  • 🔄 L’électrophorèse sur gel d’agarose se déroule ainsi : les protéines sont placées dans une solution tampon à pH basique, elles sont déposées sur le gel poreux d’agarose, sous champ électrique, elles migrent vers l’anode si elles sont chargées négativement
  • En SDS-PAGE, le SDS dénature les protéines, se fixe le long de leur chaîne et leur confère une charge négative proportionnelle à leur longueur, rendant leur rapport charge/masse identique.

  • En SDS-PAGE, les petites protéines traversent rapidement les mailles du gel de polyacrylamide et migrent le plus loin, tandis que les grandes protéines sont freinées et restent près du point de départ.

Compléments

  • En électrophorèse sur gel d’agarose à pH basique, les fonctions acides des protéines perdent leur proton H⁺ et les protéines acquièrent une charge globale négative.

  • Dans le gel d’agarose, les protéines plus petites ou plus fortement chargées négativement migrent plus rapidement que les protéines plus grandes ou moins chargées négativement.

  • En SDS-PAGE, un agent réducteur comme le bêta-mercaptoéthanol ou le DTT peut être ajouté pour couper les ponts disulfure.

Astuce mémo

Électrophorèse classique : charge et forme ; SDS-PAGE : masse seule.

Tableaux de synthèse

Holoprotéines et hétéroprotéines

NotionCompositionHydrolyse ou dépendance
HoloprotéineAcides aminés uniquementL’hydrolyse complète libère uniquement des acides aminés
HétéroprotéineApoprotéine et groupement prosthétiqueLe groupement non protéique contribue à la stabilité et à la fonction

Comparaison des méthodes électrophorétiques

MéthodeCritère de séparationComportement
Électrophorèse classiqueCharge et forme nativesLes protéines migrent selon leurs propriétés natives
Gel d’agaroseCharge globale et formeLes petites ou fortement négatives migrent plus vite
SDS-PAGEMasse molaire uniquementLes petites protéines migrent le plus loin

Teste tes connaissances

Teste tes connaissances sur Biochimie des protides avec 11 questions à choix multiples et corrections détaillées.

1. Dans une solution, un acide aminé perd un proton par son groupement carboxylique et en capte un par son groupement amine. Quelle évolution des groupements est correcte ?

2. Une personne ne synthétise pas assez d’un acide aminé pour couvrir ses besoins physiologiques. Comment cet acide aminé est-il classé ?

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Révisez avec les flashcards

Mémorisez les concepts clés de Biochimie des protides avec 10 flashcards interactives.

Quelles fonctions chimiques possède au minimum un acide aminé ?

Une fonction amine et une fonction acide carboxylique.

Combien d’acides aminés standards constituent principalement les protéines ?

20 acides aminés standards.

Que signifie le caractère amphotère d’un acide aminé ?

Il peut agir comme un acide ou comme une base selon le pH.

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