Fiche de révision : Structure et classification des protéines

📋 Plan du Cours

1. Classification structurale et fonctionnelle
2. Niveaux de structure protéique
3. Acides aminés et chaînes latérales
4. Ionisation et point isoélectrique
5. Liaison peptidique et polypeptides
6. Structures secondaires régulières
7. Coudes boucles et superstructures
8. Structures secondaires et pathologies
9. Structure tertiaire et domaines
10. Structure quaternaire et interfaces
11. Collagène élastine et globines
12. Allostérie et fixation de l’oxygène
13. Régulation et maladies de l’hémoglobine
14. Hème et états du fer

📖 1. Classification structurale et fonctionnelle

📝 Points essentiels

📌 Selon leur structure, les protéines sont classées en protéines fibreuses, à structure en fibre, et en protéines globulaires, à structure en globine.

• Les critères de classification des protéines sont:

  • leur structure
  • leur famille ou superfamille
  • leur localisation tissulaire
  • leur localisation cellulaire
  • leur fonction

• Les six fonctions protéiques sont:

  • créer et maintenir une structure
  • bouger et déplacer
  • transformer
  • transporter
  • informer et signaler
  • reconnaître et se défendre

• Une enzyme accélère la transformation d’un substrat en produit selon la séquence $E + S \rightleftharpoons ES \rightleftharpoons E + P$.

• Les six classes enzymatiques sont:

  • oxydoréductases
  • transférases
  • hydrolases
  • lyases
  • isomérases
  • ligases

📖 2. Niveaux de structure protéique

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : Séquence d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, séquence déterminée par les gènes.

📝 Points essentiels

📌 Les structures primaire, secondaire et tertiaire existent dans toutes les protéines, tandis que la structure quaternaire ne concerne que les protéines multimériques constituées de plusieurs sous-unités.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 3. Acides aminés et chaînes latérales

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Possède une fonction amine primaire NH2, une fonction acide carboxylique COOH et une chaîne latérale R portée par le carbone α.

★ À maîtriser

• Les acides aminés humains sont tous de série L et leur masse moyenne est de 120 Da.

• Les groupes d’acides aminés selon la chaîne R sont:

  • apolaires
  • polaires neutres
  • polaires ionisables

• La cystéine peut former un pont disulfure avec une autre cystéine, ce qui participe au repliement des protéines.

Compléments

• Les acides aminés apolaires sont:
  • glycine
  • alanine
  • valine
  • leucine
  • isoleucine
  • méthionine
  • proline
  • phénylalanine
  • tryptophane

📖 4. Ionisation et point isoélectrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Point isoélectrique : Le pH auquel les deux fonctions ionisables d’un acide aminé sont ionisées simultanément et où sa charge globale est nulle.

★ À maîtriser

📌 Si le pH est inférieur au pHi, l’acide aminé porte une charge positive, tandis que si le pH est supérieur au pHi, il porte une charge négative.

Compléments

• Le calcul du pHi repose sur les pKa des fonctions ionisables de l’acide aminé et inclut le pKa de la chaîne latérale lorsqu’elle est ionisable, notamment pour Asp, Glu, Arg et Lys.

💡 Astuce mémo

pH < pHi : charge positive ; pH > pHi : charge négative

📖 5. Liaison peptidique et polypeptides

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Liaison covalente amide formée par condensation entre le COOH d’un acide aminé et le NH2 du suivant, avec production d’une molécule d’eau.

📝 Points essentiels

• La liaison peptidique est plane, rigide, polaire et plus stable en configuration trans, correspondant à Ω = 180°.

📌 Un oligopeptide contient de 2 à 10 acides aminés, un polypeptide plus de 10 acides aminés mais moins de 10 kDa, et une protéine plus de 10 kDa.

📖 6. Structures secondaires régulières

🔑 Notions clés & Définitions

• Graphique de Ramachandran : Indique les structures secondaires géométriquement possibles selon les angles φ et ψ de la chaîne peptidique.
• Hélice alpha : Structure secondaire stabilisée par des liaisons hydrogène, avec les résidus hydrophobes orientés vers l’intérieur et les résidus hydrophiles vers l’extérieur.
• Feuillet bêta : Formé de chaînes peptidiques alignées côte à côte et reliées par des liaisons hydrogène entre les groupes CO et NH du squelette polypeptidique.

📝 Points essentiels

• L’hémoglobine est une protéine riche en hélices α, qui représentent 70 % de sa structure.

💡 Astuce mémo

Hélice α compacte ; feuillet β étendu

📖 7. Coudes boucles et superstructures

🔑 Notions clés & Définitions

• Barillet bêta : Structure tridimensionnelle cylindrique fermée formée de feuillets β, insérée dans une membrane pour permettre le passage de molécules.

★ À maîtriser

📌 Les coudes possèdent seulement quelques résidus, tandis que les boucles peuvent atteindre une vingtaine de résidus et se trouvent souvent à la surface de la protéine.

Compléments

• Les acides aminés majoritaires selon la structure secondaire sont: alanine dans les hélices α, valine dans les feuillets β, glycine et proline dans les coudes et les boucles

📖 8. Structures secondaires et pathologies

📝 Points essentiels

• Dans la maladie de la vache folle, la protéine prion passe d’une forme riche en hélices α à une forme riche en feuillets β, devient insoluble, s’accumule dans les neurones et provoque leur dysfonctionnement.

💡 Astuce mémo

α → β : insolubilité → accumulation neuronale

📖 9. Structure tertiaire et domaines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure tertiaire : Repliement tridimensionnel d’une chaîne polypeptidique résultant des interactions entre acides aminés éloignés dans la structure primaire.
• Domaine fonctionnel : Région d’une protéine qui remplit une fonction spécifique, comme une interaction protéique, une activité enzymatique ou une liaison à l’ADN.

📝 Points essentiels

• La structure tertiaire est stabilisée par des ponts disulfures entre cystéines et par des liaisons faibles, notamment hydrogène, hydrophobe et ionique.

💡 Astuce mémo

Repliement → interactions → fonction spécifique

📖 10. Structure quaternaire et interfaces

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure quaternaire : Association de plusieurs sous-unités protéiques, généralement reliées par des interactions faibles non covalentes.

📝 Points essentiels

📌 Une interface isologue possède une surface de contact identique entre monomères, tandis qu’une interface hétérologue possède une surface de contact différente.

• La transcriptase inverse du VIH possède les sous-unités p51, p66 et p71, et des médicaments ciblant leurs interfaces peuvent empêcher leur association et inhiber la réplication virale.

📖 11. Collagène élastine et globines

📝 Points essentiels

• Le collagène est formé de trois hélices gauches reliées par des liaisons hydrogène et super-enroulées en une hélice droite de tropocollagène.

• La séquence répétitive Gly-Pro-Gly-Pro est indispensable à la formation des chaînes de collagène, tandis que l’élastine possède la séquence Val-Pro-Gly-Val.

📌 La myoglobine est monomérique, possède une structure tertiaire et stocke l’oxygène dans le muscle, tandis que l’hémoglobine est tétramérique, possède une structure quaternaire et transporte l’oxygène et le dioxyde de carbone.

• L’hémoglobine A1 est constituée de deux chaînes α et deux chaînes β, soit une composition α2β2, tandis que l’hémoglobine fœtale possède une composition α2γ2.

📖 12. Allostérie et fixation de l’oxygène

🔑 Notions clés & Définitions

• Coopérativité : Modification séquentielle de la conformation et de l’affinité des sous-unités d’une protéine lors de la fixation d’un ligand.
• P50 : Pression partielle en oxygène pour laquelle 50 % des protéines sont liées à l’oxygène.

📝 Points essentiels

• La myoglobine possède une courbe de fixation de l’oxygène hyperbolique avec une P50 de 3 mmHg, tandis que l’hémoglobine possède une courbe sigmoïde avec une P50 de 26 mmHg.

💡 Astuce mémo

Myoglobine : hyperbole ; hémoglobine : sigmoïde

📖 13. Régulation et maladies de l’hémoglobine

📝 Points essentiels

📌 Le 2,3-BPG se fixe à l’hémoglobine désoxygénée, stabilise sa forme T, diminue son affinité pour l’oxygène et augmente sa P50.

📌 La forme R de l’hémoglobine est relâchée et favorable à la fixation de l’oxygène, tandis que la forme T est tendue et défavorable à cette fixation.

• L’hémoglobine fœtale α2γ2 a une affinité pour l’oxygène supérieure à celle de l’hémoglobine adulte α2β2 parce que la chaîne γ a une faible affinité pour le 2,3-BPG.

• Dans la drépanocytose, une mutation remplace un glutamate par une valine dans l’hémoglobine, formant l’HbS qui polymérise après désoxygénation et donne aux globules rouges une forme en faucille.

💡 Astuce mémo

BPG ↑ → forme T → affinité pour O₂ ↓

📖 14. Hème et états du fer

🔑 Notions clés & Définitions

• Hème : Groupement prosthétique non protéique de la myoglobine et de l’hémoglobine qui fixe réversiblement l’oxygène grâce à un atome de fer.

★ À maîtriser

📌 Le fer ferreux Fe2+ forme la ferroglobine et permet la fixation de l’oxygène, tandis que le fer ferrique Fe3+ forme la ferriglobine ou méthémoglobine inactive.

Compléments

• Deux résidus histidine participent principalement à la liaison de l’hème à la myoglobine et à l’hémoglobine et régulent la fixation de l’oxygène.

💡 Astuce mémo

Fe²⁺ actif ; Fe³⁺ inactif

📊 Tableaux de synthèse

Myoglobine et hémoglobine

Formes allostériques de l’hémoglobine