Fiche de révision : Protéines et structure primaire

📋 Plan du Cours

1. Composition et diversité des protéines
2. Modifications et fonctions protéiques
3. Liaison peptidique et résidus
4. Charge des peptides et pHi
5. Structure primaire et séquençage
6. Structures secondaires des protéines
7. Structure tertiaire et domaines
8. Structure quaternaire des protéines
9. Classification des protéines
10. Protéinopathies et agrégats
11. Méthodes d’analyse des protéines

📖 1. Composition et diversité des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéome : Mark Wilkinks, 1994 - L’ensemble des protéines exprimées dans un organisme, un fluide biologique, un tissu, une cellule ou un compartiment cellulaire, dans des conditions données et à un moment donné.
• Protéomique : L’étude du protéome.

★ À maîtriser

• La composition en poids sec d’une cellule de mammifère comprend (MÜLLER-ESTREL) :

  • 60 % de protéines
  • 17,7 % de lipides
  • 6,7 % de glucides
  • 8,3 % d’autres métabolites
  • 5 % d’acides nucléiques
  • 3,3 % d’ions inorganiques

• Chez l’Homme, le génome comprend environ 23 000 gènes, tandis que le nombre de protéines est estimé entre 100 000 et 1 000 000.

Compléments

• Le terme « protéine », dérivé du grec prôtos (« de premier rang »), a été proposé en 1838 par le chimiste suédois Jöns Jakob Berzelius pour souligner l’importance de ces macromolécules dans la matière vivante.

📖 2. Modifications et fonctions protéiques

★ À maîtriser

• Une chenille et un papillon peuvent avoir le même génome tout en ayant des apparences différentes, car les protéines sont des produits d’expression des gènes.

• Une protéine est une chaîne linéaire de quelques dizaines à quelques milliers d’acides aminés, dont l’enchaînement permet théoriquement $20^n$ combinaisons pour une chaîne de n acides aminés.

• Après leur synthèse, les protéines peuvent subir un repliement tridimensionnel, la perte d’un peptide signal, la formation de ponts disulfure ou une maturation par protéolyse d’un précurseur en molécule active.

📌 Les holoprotéines sont constituées uniquement d’acides aminés, tandis que les hétéroprotéines comportent aussi des molécules non protéiques, comme des glucides, des lipides, des acides nucléiques ou des ions métalliques.

• Les protéines catalysent des réactions chimiques, assurent la rigidité structurale, contrôlent la perméabilité membranaire, participent aux mouvements cellulaires, contrôlent l’expression des gènes et reconnaissent ou lient certaines molécules.

Compléments

• La glycosylation ajoute des oligosaccharides à certaines protéines membranaires ou sécrétées au cours de leur biosynthèse, sous l’action d’une glycosyltransférase, et produit des glycoprotéines.

📌 La N-glycosylation concerne l’asparagine, tandis que la O-glycosylation concerne la sérine ou la thréonine.

• Les enzymes catalysent les réactions chimiques, les facteurs transcriptionnels contrôlent l’expression des gènes et les anticorps identifient et lient certaines molécules.

• Parmi les protéines solubles figurent :

  • les protéines de transport
  • les enzymes
  • les protéines fluorescentes comme la GFP

• Les protéines structurales comprennent notamment : les protéines de soutien, les protéines jouant un rôle dans la contraction, les moteurs moléculaires

• Les canaux ioniques et les récepteurs sont des exemples de protéines membranaires.

📖 3. Liaison peptidique et résidus

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : La séquence des acides aminés reliés successivement par des liaisons peptidiques covalentes.
• Résidu : Un acide aminé incorporé dans une protéine après disparition de ses fonctions α-amine et α-carboxyle en tant que telles ; l’acide aminé engageant sa fonction α-carboxyle dans une liaison peptidique est ainsi nommé résidu.

★ À maîtriser

• Par convention, une séquence peptidique s’écrit de l’extrémité N-terminale libre vers l’extrémité C-terminale libre.

• La liaison peptidique, ou liaison amide, se forme par déshydratation entre la fonction α-carboxyle d’un acide aminé et la fonction α-amine d’un autre acide aminé.

• La liaison peptidique est plane, et la distance entre ses atomes de carbone et d’azote est de 1,32 Å, valeur intermédiaire entre une liaison simple et une liaison double. - Linus Pauling et Robert Corey, fin des années 30

Compléments

• Une chaîne de deux acides aminés est un dipeptide, une chaîne de trois est un tripeptide, et les chaînes peuvent atteindre 30 000 acides aminés.

• La liaison peptidique est rigide, alors que les autres liaisons impliquant les carbones voisins sont très mobiles.

📌 La conformation trans est généralement favorisée car la conformation cis rapproche les carbones α porteurs de groupes R parfois encombrants, tandis que les deux conformations d’un résidu proline en position i+1 ont des stabilités très proches et que trans n’est que légèrement favorisée.

📖 4. Charge des peptides et pHi

📝 Points essentiels

• La charge nette d’un peptide varie avec le pH selon l’état de protonation de ses groupes ionisables, dont les pK déterminent les changements de charge.

• Les peptides Asn-Gly-Lys et Gly-Asn-Lys ont la même composition en acides aminés, mais leurs pHi diffèrent : 9,66 pour Asn-Gly-Lys et 10,1 pour Gly-Asn-Lys.

• Pour le peptide Gly-Glu-Lys-Ala, le pHi est de 6,92 ; en électrophorèse, il ne migre pas lorsque le pH du milieu est égal à 6,92.

📖 5. Structure primaire et séquençage

★ À maîtriser

📌 Le peptide comporte moins de 10 acides aminés ; la distinction entre polypeptide et protéine est floue, mais les seuils présentés sont moins de 50 acides aminés ou moins de 8–10 kDa pour un polypeptide, et plus de 50 acides aminés ou plus de 10 kDa pour une protéine.

• Un changement d’acide aminé peut modifier la structure et les propriétés d’une protéine, comme l’illustre la variation p.Glu6Val de la chaîne β de la globine dans la drépanocytose, tandis que certaines variations sont silencieuses ou neutres.

• La détermination de la composition d’un peptide commence par son hydrolyse totale chimique ou enzymatique, qui libère ses acides aminés, puis par leur identification et leur dosage par chromatographie afin d’établir la formule brute du peptide.

• La séquence d’un peptide peut être déterminée en le fragmentant avec des peptidases ou des composés chimiques spécifiques, puis en résolvant le puzzle par synthèse et recoupement des résultats de fragmentation.

• La trypsine coupe après l’arginine ou la lysine, tandis que la chymotrypsine coupe après les acides aminés aromatiques phénylalanine, tryptophane et tyrosine.

• La détermination d’une séquence peptidique par fragmentation repose sur la synthèse et le recoupement des résultats obtenus.

Compléments

• La masse moléculaire moyenne d’un acide aminé est de 137 Da.

• La détermination des extrémités d’un peptide peut utiliser : une carboxypeptidase pour l’extrémité C-terminale, une prolidase lorsque la proline est en C-terminal, une aminopeptidase pour l’extrémité N-terminale, une prolinase lorsque la proline est en N-terminal

• La détermination de l’extrémité N-terminale d’un peptide peut être réalisée par dégradation d’Edman, dansylation ou réaction de Sanger.

• Le bromure de cyanogène coupe un peptide après une méthionine.

💡 Astuce mémo

Composition → extrémités → fragments

📖 6. Structures secondaires des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Hélice α : Chaîne peptidique enroulée en une hélice qui tourne vers la droite.
• Feuillet plissé β : Formé de chaînes peptidiques liées côte à côte en palissage en zigzag, provenant d’une même chaîne ou de deux chaînes.

★ À maîtriser

• La structure secondaire la plus courante est l’hélice α, découverte par Pauling et Corey dans la kératine α.

Compléments

• Un tour d’hélice α comprend statistiquement 3,6 résidus d’acides aminés.

• Le feuillet plissé β est la deuxième structure secondaire fréquente et se trouve notamment dans les kératines β, comme la fibroïne de soie.

📖 7. Structure tertiaire et domaines

★ À maîtriser

• La structure tertiaire compacte une protéine globulaire et permet son activité biologique.

• Les ponts disulfure jouent un rôle particulier dans la stabilisation de la structure tertiaire.

• Dans les protéines plus complexes, les acides aminés non polaires forment des zones hydrophobes à l’intérieur, tandis que les acides aminés polaires forment des zones hydrophiles à l’extérieur.

• Un domaine est un sous-ensemble structural et fonctionnel distinct au sein de la structure tertiaire d’une protéine.

Compléments

• La structure tertiaire associe des régions ordonnées, constituées d’hélices et de feuillets, reliées par des régions non ordonnées appelées coudes.

• Les liaisons hydrogène et les interactions ioniques contribuent au maintien de la forme tertiaire.

• Dans le lysozyme, enzyme antibactérienne présente notamment dans le blanc d’œuf et les larmes, le cœur contient des acides aminés aromatiques hydrophobes et la surface des acides aminés chargés.

📖 8. Structure quaternaire des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure quaternaire : Assemblage de sous-unités protéiques, ou monomères, qui peuvent être identiques ou différentes.

★ À maîtriser

📌 Un assemblage comportant un nombre limité de monomères est un oligomère, tandis qu’un assemblage comportant un très grand nombre de monomères est un polymère.

Compléments

• L’hémoglobine et le filament insoluble de kératine sont des exemples d’assemblages protéiques quaternaires.

📖 9. Classification des protéines

★ À maîtriser

📌 Les protéines fibreuses sont allongées et insolubles, les protéines globulaires sont sphériques et solubles, et les protéines membranaires sont associées aux membranes et insolubles.

Compléments

• Les protéines fibreuses ont des structures linéaires, un rôle structural et sont aussi appelées scléroprotéines.

• Les collagènes et les kératines sont des exemples de protéines fibreuses.

• Les protéines globulaires, aussi appelées sphéroprotéines, sont compactes et assurent diverses fonctions biologiques, notamment dans le métabolisme, le transport, le stockage et la reconnaissance.

• Les protéines membranaires sont associées aux membranes, y jouent un rôle dans la signalisation et sont insolubles.

💡 Astuce mémo

Fibreuse allongée et insoluble, globulaire compacte et soluble : deux formes opposées.

📖 10. Protéinopathies et agrégats

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéinopathie : Agrégation pathologique de protéines associée à des maladies cérébrales neuroévolutives caractérisées par l’accumulation anormale de protéines repliées dans une configuration anormale.

★ À maîtriser

📌 PRPC désigne la protéine prion cellulaire, tandis que PRPSC désigne la protéine prion dans une conformation anormale appelée « scrapie ».

Compléments

• La maladie de Creutzfeld-Jakob est une maladie à prions et une encéphalopathie subaiguë spongiforme transmissible.

• La maladie d’Alzheimer est associée à des dépôts amyloïdes et à des voies amyloïdogéniques et non amyloïdogéniques.

💡 Astuce mémo

Repliement anormal → agrégation délétère.

📖 11. Méthodes d’analyse des protéines

★ À maîtriser

• Les méthodes d’analyse des protéines comprennent : le dosage des protéines totales, le dosage d’une protéine spécifique, l’estimation du poids moléculaire, la séparation par électrophorèse monodimensionnelle ou bidimensionnelle, le Western blot ou immunoblot

• La méthode ELISA permet le dosage quantitatif de protéines spécifiques, notamment selon le principe du sandwich.

Compléments

• La méthode de Bradford est une méthode colorimétrique de dosage des protéines totales utilisant une courbe étalon.

• L’estimation du poids moléculaire d’une protéine inconnue peut être réalisée après dénaturation en présence de SDS.

• L’électrophorèse des protéines peut être réalisée après dénaturation en présence de SDS.

• Le Western blot est aussi appelé immunoblot.