Fiche de révision : Protéines : structure et analyse

📋 Plan du Cours

1. Liaison peptidique et propriétés
2. Structure primaire des protéines
3. Structures secondaires
4. Structures tertiaire et quaternaire
5. Modifications post-traductionnelles
6. Ultrafiltration et chromatographies
7. Électrophorèse SDS-PAGE

📖 1. Liaison peptidique et propriétés

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Liaison covalente formée entre le groupement α-aminé d’un acide aminé et le groupement carboxylique d’un autre acide aminé durant la traduction.

★ À maîtriser

• La formation de la liaison peptidique élimine une molécule d’eau et crée une fonction amide entre les deux acides aminés.

📌 La liaison peptidique est une liaison simple qui se comporte comme une liaison double et peut adopter une configuration cis ou trans.

📐 Formule — La synthèse de la liaison peptidique est thermodynamiquement défavorable avec $\Delta G = +10\ \mathrm{kJ/mol}$, tandis que son hydrolyse est thermodynamiquement favorable.

Compléments

• Dans la liaison peptidique, les groupements C=O et N-H sont parallèles, les atomes C, O, N et H sont coplanaires et les chaînes latérales se trouvent de part et d’autre de la liaison.

• La configuration trans est généralement favorisée en raison des interactions stériques entre les chaînes latérales des carbones α adjacents.

💡 Astuce mémo

Synthèse défavorable, hydrolyse favorable

📖 2. Structure primaire des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : La séquence des acides aminés, c’est-à-dire leur ordre d’enchaînement dans la chaîne.

★ À maîtriser

📌 L’extrémité N-terminale porte la fonction amine libre du premier acide aminé, tandis que l’extrémité C-terminale porte la fonction carboxylique libre du dernier acide aminé.

Compléments

• La méthode de séquençage d’Edman est utilisée pour déterminer la structure primaire des protéines.

📌 Les holoprotéines sont constituées uniquement d’acides aminés, tandis que les hétéroprotéines contiennent des acides aminés et d’autres groupements appelés groupements prosthétiques.

💡 Astuce mémo

N-terminal → séquence → C-terminal

📖 3. Structures secondaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure secondaire : Le repliement local de la chaîne d’acides aminés en structures simples stabilisées par des liaisons hydrogène entre les groupements NH et CO du squelette peptidique.
• Feuillet β : Une structure non plane constituée de brins β dont les chaînes latérales se situent alternativement au-dessus et au-dessous du plan du feuillet.

★ À maîtriser

📌 L’hélice α est un repliement hélicoïdal périodique stabilisé par des liaisons hydrogène entre le carbonyle d’un résidu et l’amide d’un résidu situé quatre positions plus loin, avec les chaînes latérales vers l’extérieur.

📌 Les brins β sont des structures périodiques étendues stabilisées par des liaisons hydrogène entre résidus distants, et leur polarité est indiquée par une flèche du N-terminal vers le C-terminal.

Compléments

• Le diagramme de Ramachandran est utilisé pour étudier la structure secondaire des protéines.

💡 Astuce mémo

Une hélice et un accordéon β maintenus par des liaisons hydrogène

📖 4. Structures tertiaire et quaternaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure tertiaire : Le repliement de la chaîne polypeptidique dans l’espace par repliement des structures secondaires et correspond à la forme définitive, souvent fonctionnelle, de la protéine.

★ À maîtriser

• La structure tertiaire est stabilisée par:
  • Liaisons hydrogène
  • Interactions hydrophobes
  • Liaisons ioniques entre acides aminés chargés
  • Ponts disulfure entre deux cystéines

📌 La guanidine, l’urée et l’uréthane peuvent dénaturer les protéines et leur faire perdre leur fonction sans affecter leur structure primaire.

📌 La structure quaternaire correspond à l’assemblage de deux ou plusieurs chaînes polypeptidiques par des liaisons non covalentes et parfois des ponts disulfure.

Compléments

• Le repliement des protéines est rapide et se produit en quelques microsecondes.

📌 Une protéine monomérique possède une seule chaîne, tandis qu’une protéine multimérique en possède plusieurs, identiques dans un homomultimère ou différentes dans un hétéromultimère.

💡 Astuce mémo

Repliement → forme fonctionnelle → assemblage éventuel

📖 5. Modifications post-traductionnelles

🔑 Notions clés & Définitions

• Modifications post-traductionnelles : Des modifications chimiques ou biologiques, généralement catalysées par des enzymes, qui surviennent après la traduction et peuvent modifier l’activité des protéines.

★ À maîtriser

• Dans 50 % des protéines procaryotes et eucaryotes, la première méthionine est éliminée par la méthionine aminopeptidase (MAP).

📌 L’acétylation ajoute un groupement acétyl à l’extrémité N-terminale par les N-α-acétyltransférases ou aux chaînes latérales des lysines par les histones acétyltransférases, tandis que les HDAC retirent ce groupement.

📌 L’ubiquitinylation ajoute de l’ubiquitine sur la fonction amine des lysines des protéines ciblées et les marque pour leur destruction par le protéasome.

📌 La N-glycosylation forme une liaison amide entre une asparagine et un ose, tandis que la O-glycosylation forme une liaison osidique entre une sérine ou une thréonine et un ose.

📌 La phosphorylation ajoute un phosphate sur une sérine, une thréonine ou une tyrosine par une kinase, tandis que les phosphatases enlèvent les phosphates.

Compléments

• L’hydroxylation ajoute un groupement hydroxyl sur une proline ou une lysine par la prolyl-hydroxylase ou la lysyl-hydroxylase, et l’hydroxyproline est très abondante dans les fibres de collagène.

📌 La glutamylation et la glycylation ajoutent respectivement un polymère de glutamate ou de glycine sur la chaîne latérale d’un acide glutamique, formant une protéine ramifiée.

💡 Astuce mémo

Couper, acétyler, hydrox yler, ajouter Glu/Gly, ubiquitiner, glycosyler, phosphoryler

📖 6. Ultrafiltration et chromatographies

🔑 Notions clés & Définitions

• Ultrafiltration : Une technique de séparation non dénaturante utilisant une membrane à très petits pores qui retient les protéines tandis que les petites molécules et les ions la traversent.
• Chromatographie : Une chromatographie sépare et analyse les protéines selon leurs propriétés physico-chimiques grâce à une phase mobile poussée dans une colonne contenant une phase stationnaire, puis l’élution est suivie par un détecteur.

★ À maîtriser

📌 La chromatographie d’exclusion sur gel sépare les protéines selon leur taille : les grosses protéines, exclues des pores, sortent avant les petites protéines qui y pénètrent et sont ralenties.

📌 La chromatographie d’échange d’ions sépare les protéines selon leur charge et leur pHi : à un pH inférieur au pHi elles sont positives, tandis qu’à un pH supérieur au pHi elles sont négatives.

• En chromatographie d’affinité, la protéine d’intérêt se fixe au support portant un effecteur spécifique, les contaminants sont éliminés par lavage, puis la protéine est éluée par compétition.

Compléments

• L’ultrafiltration concentre les protéines dans le compartiment supérieur grâce au passage de l’échantillon par gravitation avec une centrifugeuse ou par pression avec un gaz.

💡 Astuce mémo

Filtrer par taille, chromatographier selon taille, charge ou affinité

📖 7. Électrophorèse SDS-PAGE

🔑 Notions clés & Définitions

• SDS-PAGE : Une technique de séparation dénaturante qui sépare les protéines selon leur poids moléculaire dans un champ électrique.

★ À maîtriser

• En SDS-PAGE, les petites protéines migrent plus loin dans le gel que les grosses protéines.

📌 Le SDS est un détergent fort qui confère aux protéines une charge nette négative, empêche leur repliement et rend leur migration indépendante de leur charge initiale.

📌 Le β-mercaptoéthanol est un agent réducteur qui réduit les ponts disulfure et permet de séparer les sous-unités protéiques.

Compléments

• Lors de la préparation SDS-PAGE, le chauffage avec le SDS et le β-mercaptoéthanol dénature la protéine et dissocie les sous-unités liées par des ponts disulfure avant leur migration dans le gel.

💡 Astuce mémo

Le SDS impose la charge négative ; le gel sépare selon la taille

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux de structure des protéines