Fiche de révision : Initiation à la protéomique

📋 Plan du Cours

1. Protéome et dynamique cellulaire
2. Types et applications de protéomique
3. Structure covalente des protéines
4. Modifications post-traductionnelles
5. Structure tridimensionnelle des protéines
6. Interactions et propriétés physico-chimiques
7. Séparation électrophorétique
8. Dénaturation des protéines
9. Extraction et électrophorèse bidimensionnelle

📖 1. Protéome et dynamique cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Génome : Support de l’information génétique de chaque cellule d’un organisme.
• Protéome : Ensemble des protéines codées ou exprimées par le génome.

📝 Points essentiels

• L’expression des gènes module le choix des protéines exprimées, leur niveau de production, leurs modifications post-traductionnelles et leur capacité à interagir avec différentes protéines.

📌 Le génome reste constant tandis que les protéines exprimées répondent aux conditions du milieu et au temps, ce qui rend le protéome cellulaire dynamique.

💡 Astuce mémo

Génome constant, protéome dynamique

📖 2. Types et applications de protéomique

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéomique : Approche technologique qui analyse simultanément l’ensemble des protéines d’une cellule ou d’un échantillon afin d’obtenir une vision globale de son fonctionnement.

★ À maîtriser

• Chez les eucaryotes, l’analyse du protéome est particulièrement complexe en raison de la diversité des tissus, du nombre élevé de protéines et de leurs nombreuses modifications post-traductionnelles.

📌 La protéomique descriptive étudie les protéines exprimées, leur abondance, leur localisation cellulaire et leurs modifications post-traductionnelles, la protéomique fonctionnelle étudie leurs interactions et la protéomique structurale détermine leur structure tridimensionnelle.

• L’analyse protéomique peut rechercher des marqueurs diagnostiques, comme la protéine 14-3-3 sigma dans le liquide céphalo-rachidien lors de la maladie de Creutzfeldt-Jakob.

Compléments

• Chez les procaryotes, le protéome est relativement peu complexe, avec un nombre de protéines restreint et peu de modifications post-traductionnelles.

💡 Astuce mémo

Descriptive, fonctionnelle, structurale : DFS

📖 3. Structure covalente des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : Séquence des acides aminés d’une protéine, lue de l’extrémité N-terminale à l’extrémité C-terminale et reliée par des liaisons peptidiques.
• Pont disulfure : Liaison covalente formée entre deux résidus de cystéine, appartenant à une même chaîne peptidique ou à des chaînes différentes.

★ À maîtriser

• Les protéines sont constituées d’environ vingt acides aminés qui diffèrent par la nature de leur chaîne latérale, et leur séquence détermine leur conformation et leur fonction.

Compléments

📌 Les ponts disulfure peuvent être réduits par des agents réducteurs tels que le DTT, le BSH et le β-mercaptoéthanol.

💡 Astuce mémo

Séquence → ponts disulfure → modifications

📖 4. Modifications post-traductionnelles

🔑 Notions clés & Définitions

• Modification post-traductionnelle : Modification covalente effectuée par une enzyme spécifique après ou pendant la synthèse protéique.

★ À maîtriser

• Les modifications post-traductionnelles peuvent toucher les extrémités N-terminale et C-terminale ou les chaînes latérales, modifier les propriétés physico-chimiques et changer la fonction biologique des protéines.

📌 La phosphorylation concerne notamment la sérine, la tyrosine et la thréonine et régule l’activité de nombreuses hormones et de nombreux récepteurs, tandis que la glycosylation concerne notamment l’asparagine ou les fonctions hydroxyle.

Compléments

• Chez les organismes supérieurs, les modifications post-traductionnelles ont principalement lieu dans le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi ou les granules de sécrétion.

• L’hydroxylation peut toucher la proline, l’asparagine, la lysine ou l’aspartate et elle est essentielle à l’acquisition de la structure active du collagène.

📖 5. Structure tridimensionnelle des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure secondaire : Topographie régulière ou irrégulière du squelette peptidique, notamment sous forme d’hélice alpha, de feuillet bêta ou de coude, stabilisée par des liaisons hydrogène.
• Structure tertiaire : Repliement tridimensionnel d’une chaîne polypeptidique, stabilisé par des interactions de faible énergie entre le squelette peptidique et les chaînes latérales.
• Structure quaternaire : Arrangement spatial et ensemble des interactions entre les sous-unités d’une protéine oligomérique, sans considérer la géométrie interne de chaque sous-unité.
• Effet hydrophobe : Regroupement des résidus apolaires à l’intérieur de la protéine, formant un cœur hydrophobe afin de limiter leur interaction défavorable avec l’eau.

💡 Astuce mémo

Secondaire → supersecondaire → tertiaire → quaternaire

📖 6. Interactions et propriétés physico-chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Point isoélectrique : pH auquel les charges positives et négatives d’une protéine se compensent et où sa mobilité électrophorétique est minimale.

★ À maîtriser

📐 Formule — L’absorbance est définie par $A = \log\left(\frac{I_0}{I}\right)$.

• La liaison peptidique absorbe dans l’ultraviolet entre 180 et 230 nanomètres, tandis que les acides aminés aromatiques tyrosine et tryptophane absorbent autour de 280 nanomètres.

📌 À faible force ionique, l’ajout de sel peut augmenter la solubilité des protéines par salting in, tandis qu’à force ionique élevée il diminue leur solubilité par salting out et peut provoquer une précipitation.

Compléments

• La fluorescence des protéines implique notamment la tyrosine et le tryptophane et permet de suivre le repliement, car le signal dépend de l’environnement physico-chimique.

💡 Astuce mémo

Interactions faibles nombreuses → stabilité et activité

📖 7. Séparation électrophorétique

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrophorèse : Déplacement d’espèces moléculaires chargées dans un champ électrique permettant de séparer les constituants d’un mélange.
• Électrofocalisation : Séparation des protéines dans un gradient de pH jusqu’à ce que chacune atteigne la zone correspondant à son point isoélectrique, où sa migration s’arrête.

★ À maîtriser

• En SDS-PAGE dénaturante, les protéines migrent dans un gel de polyacrylamide et de bisacrylamide principalement selon leur masse moléculaire.

Compléments

• Dans le gel de concentration, l’acrylamide est moins concentrée et le pH est de 6,1, tandis que dans le gel de séparation l’acrylamide est plus concentrée et le pH est de 8,8.

💡 Astuce mémo

SDS-PAGE : masse ; focalisation : point isoélectrique

📖 8. Dénaturation des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Dénaturation : Perte partielle ou totale des structures secondaire, tertiaire ou quaternaire d’une protéine, entraînant une perte partielle ou totale de fonction, réversible ou irréversible.

📝 Points essentiels

• La température peut provoquer une dénaturation réversible, tandis que les rayonnements ultraviolets provoquent une dénaturation irréversible.

• Les agents cités comprennent: les agents chaotropes comme l’urée, les solvants organiques comme l’acétone et l’éthanol, les agents réducteurs comme le DTT, le β-mercaptoéthanol et la tributylphosphine

💡 Astuce mémo

Dénaturation : perte de structure ; dégradation : destruction

📖 9. Extraction et électrophorèse bidimensionnelle

★ À maîtriser

📌 La préparation des échantillons vise à solubiliser le maximum de protéines, éliminer les contaminants, prévenir la dégradation et éviter les modifications protéiques pendant l’extraction.

• 🔄 L’électrophorèse bidimensionnelle suit les étapes suivantes: séparation selon le point isoélectrique par focalisation électrique, séparation selon la masse moléculaire par SDS-PAGE, coloration des spots protéiques

• Les méthodes d’élimination des contaminants comprennent: le traitement enzymatique, la précipitation ou la sonication pour les polysaccharides et l’ADN, le détergent pour les lipides, la centrifugation pour les agrégats, la dialyse pour les sels

Compléments

• Les méthodes de lyse citées sont:

  • la lyse osmotique
  • les cycles de congélation-décongélation
  • les détergents
  • la lyse enzymatique
  • les ultrasons
  • la pression

• Lors de l’équilibration de l’électrophorèse bidimensionnelle, la première étape utilise l’urée, le SDS et le DTT ou le β-mercaptoéthanol pour réduire les ponts disulfure, tandis que la seconde utilise notamment l’iodoacétamide.

💡 Astuce mémo

Extraire → focaliser → équilibrer → séparer → colorer

📊 Tableaux de synthèse

Méthodes de séparation protéique