Fiche de révision : Structure et analyse des protéines

📋 Plan du Cours

1. Acides aminés et rôles des protéines
2. Liaison peptidique et peptides
3. Structure primaire et variabilité
4. Structures secondaires des protéines
5. Structure tertiaire et interactions
6. Structure quaternaire et dénaturation
7. Fonctions et modifications protéiques
8. Purification et propriétés des protéines
9. Détermination de la séquence protéique

📖 1. Acides aminés et rôles des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine : Polymère biologique constitué d’un enchaînement d’acides α-aminés reliés par des liaisons covalentes.

★ À maîtriser

• Les 20 acides aminés standards possèdent un squelette commun comportant une fonction amine et une fonction carboxyle, ainsi qu’une chaîne latérale variable R.

• Les protéines assurent notamment les fonctions suivantes :
  • la catalyse enzymatique
  • la structure cellulaire
  • le transport de molécules
  • la réponse immunitaire

Compléments

• Les protéines sont synthétisées et dégradées en permanence dans les cellules.

📖 2. Liaison peptidique et peptides

★ À maîtriser

• La liaison peptidique se forme par condensation entre le groupement carboxyle d’un acide aminé et le groupement amine du suivant, avec élimination d’eau.

• La liaison peptidique est une liaison amide covalente dont la liaison C–N rigide empêche la libre rotation.

📌 Un peptide ou polypeptide désigne l’enchaînement d’acides aminés, tandis qu’une protéine désigne une ou plusieurs chaînes après leur repliement correct en structures secondaire, tertiaire et quaternaire.

• Un peptide est orienté de son extrémité N-terminale portant une amine libre vers son extrémité C-terminale portant un carboxyle libre.

Compléments

📌 La configuration trans est privilégiée pour la liaison peptidique, tandis que la configuration cis est privilégiée dans un enchaînement X–Pro.

💡 Astuce mémo

Peptide = chaîne ; protéine = chaîne correctement repliée.

📖 3. Structure primaire et variabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : Ordre linéaire des acides aminés d’une chaîne, numérotés du N-terminal vers le C-terminal.

★ À maîtriser

• La structure primaire est déterminée par le gène et repose sur le code génétique, dans lequel un codon est un assemblage de trois nucléotides.

• Le code génétique comprend 64 codons, dont 3 codons stop et 61 codons codant les 20 acides aminés protéinogènes de la série L.

Compléments

• Une substitution d’acide aminé, éventuellement due à une mutation d’une base dans un codon, peut modifier la fonction biologique d’une protéine.

• La séquence d’une même protéine peut différer d’une espèce à l’autre, et des protéines de fonctions proches peuvent avoir des séquences différentes au sein d’une même espèce.

📐 Formule - La masse molaire approximative d’un peptide est estimée par $M \approx 110n\ \text{g/mol}$, où n est le nombre d’acides aminés.

💡 Astuce mémo

ADN → codons → acides aminés → séquence primaire.

📖 4. Structures secondaires des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure secondaire : Repliement local tridimensionnel de la chaîne peptidique, déterminé par la séquence primaire et la nature des chaînes latérales.

★ À maîtriser

• Les structures secondaires sont stabilisées par des liaisons hydrogène entre des groupements de la chaîne peptidique.

• Dans une hélice α, les liaisons hydrogène relient le groupe CO d’un acide aminé au groupe NH d’un acide aminé situé quatre résidus plus loin.

📌 Dans un feuillet β antiparallèle, les brins vont dans des directions opposées, tandis que dans un feuillet β parallèle, ils vont dans le même sens.

Compléments

• Une hélice α compte 3,6 résidus par tour et présente les chaînes latérales vers l’extérieur.

• La méthionine, l’alanine, la leucine, l’acide glutamique non chargé et la lysine favorisent l’hélice α, tandis que la proline et la glycine la déstabilisent.

💡 Astuce mémo

Hélice α enroulée ; feuillet β étiré.

📖 5. Structure tertiaire et interactions

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure tertiaire : Forme tridimensionnelle d’une protéine, résultant de l’assemblage de ses structures secondaires et d’autres repliements.

• Pont disulfure : Liaison covalente entre deux atomes de soufre portés par des résidus de cystéine.

★ À maîtriser

• La structure tertiaire est stabilisée par quatre types d’interactions entre chaînes latérales :

  • les liaisons hydrogène
  • les liaisons ioniques
  • les liaisons hydrophobes
  • les ponts disulfure

• En milieu aqueux, les chaînes latérales non polaires se regroupent à l’écart du solvant, ce qui favorise le repliement des protéines.

Compléments

• Les liaisons ioniques rapprochent, dans une protéine, deux chaînes latérales portant des charges opposées.

📖 6. Structure quaternaire et dénaturation

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure quaternaire : Assemblage de plusieurs chaînes polypeptidiques en une seule molécule.
• Dénaturation : Perte de la forme d’une protéine sans perte de sa structure primaire.

★ À maîtriser

• Dans un assemblage multimérique, un protomère correspond à une chaîne ou sous-unité, un oligomère rassemble quelques chaînes et un polymère en rassemble un grand nombre.

Compléments

• L’hémoglobine est une protéine globulaire composée de quatre protomères : deux chaînes α et deux chaînes β.

• Le collagène est un trimère à triple hélice dont les liaisons hydrogène inter-chaînes contribuent à la solidité exceptionnelle.

• La dénaturation peut être provoquée par : des changements de température, des changements de pH, des radiations ionisantes, des solvants organiques, des produits chimiques tels que le β-mercaptoéthanol, le DTT et le SDS

💡 Astuce mémo

Agent dénaturant → perte des structures secondaires, tertiaires et quaternaires.

📖 7. Fonctions et modifications protéiques

★ À maîtriser

• Les holoprotéines comprennent des protéines globulaires, solubles et compactes, et des protéines fibreuses aux rôles structuraux ou protecteurs.

• Les modifications post-traductionnelles courantes comprennent :

  • la phosphorylation
  • la glycosylation
  • la méthylation
  • l’acétylation
  • le clivage protéolytique

📌 Une modification cotraductionnelle a lieu pendant la traduction, tandis qu’une modification post-traductionnelle survient après la synthèse complète de la protéine.

• La phosphorylation, réalisée par des kinases et inversée par des phosphatases, peut réguler l’activité des protéines et intervenir dans la transduction des signaux.

Compléments

• Les protéines conjuguées sont associées à un autre composé, comme les lipides dans les lipoprotéines, les glucides dans les glycoprotéines ou les métaux dans les métalloprotéines.

• La glycosylation peut être N-liée à l’asparagine par son groupe NH2 ou O-liée à la sérine ou à la thréonine par leur groupe OH.

📖 8. Purification et propriétés des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Point isoélectrique : pH auquel la charge nette d’une molécule est nulle.

★ À maîtriser

• La chromatographie échangeuse d’ions sépare les molécules selon leur charge, la chromatographie d’exclusion selon leur masse, et la chromatographie d’affinité selon leurs interactions spécifiques.

📌 Lorsque le pH est supérieur au pHi, un acide aminé est négatif, et lorsque le pH est inférieur au pHi, il est positif.

Compléments

• La chromatographie d’affinité utilise notamment :

  • les interactions enzyme-substrat
  • les interactions ligand-récepteur
  • les interactions antigène-anticorps

• En chromatographie d’exclusion, les petites protéines pénètrent dans les pores des billes et sont retardées, tandis que les grosses les contournent et sortent plus tôt.

💡 Astuce mémo

Échange d’ions : charge ; exclusion : masse ; affinité : interactions spécifiques.

📖 9. Détermination de la séquence protéique

★ À maîtriser

• Pour identifier les acides aminés d’une protéine, on rompt les liaisons peptidiques par hydrolyse, puis on sépare et identifie les acides aminés libérés par chromatographie ou électrophorèse.

• Pour repérer l’acide aminé N-terminal, on marque le premier acide aminé, on le sépare du reste de la chaîne, puis on l’identifie.

• Les aminopeptidases coupent la liaison peptidique entre le premier et le deuxième acide aminé, tandis que les carboxypeptidases coupent la liaison entre l’avant-dernier et le dernier acide aminé.

• La trypsine coupe après la lysine ou l’arginine, sauf si une proline les suit, tandis que la chymotrypsine coupe après la phénylalanine, le tryptophane ou la tyrosine, sauf si une proline les suit.

Compléments

• L’hydrolyse acide s’effectue pendant 24 h à 110–120 °C dans du HCl 6 M et détruit le tryptophane.

• Les méthodes chimiques de repérage du N-terminal comprennent :

  • le réactif de Sanger
  • le réactif de Hartley
  • le réactif d’Edman

• La carboxypeptidase A coupe tous les acides aminés sauf l’arginine, la lysine et la proline, tandis que la carboxypeptidase B coupe uniquement l’arginine et la lysine.

• La thermolysine coupe avant la leucine, l’isoleucine ou la valine, sauf si une proline les précède, et le bromure de cyanogène coupe après les méthionines.

💡 Astuce mémo

Hydrolyser, identifier, repérer les extrémités, puis fragmenter la chaîne.

📊 Tableaux de synthèse

Méthodes de chromatographie