Fiche de révision : Structure et fonction des protéines

📋 Plan du Cours

1. Formation et classification des peptides
2. Propriétés de la liaison peptidique
3. Niveaux de structure protéique
4. Masses, protéome et fonctions
5. Structures secondaires
6. Structure tertiaire et dénaturation
7. Motifs et domaines protéiques
8. Structure quaternaire et familles
9. Protéines fonctionnelles majeures
10. Récepteurs et assemblages supramoléculaires

📖 1. Formation et classification des peptides

★ À maîtriser

📌 Les peptides contiennent 2 à 9 acides aminés, les polypeptides 10 à 50 acides aminés et les protéines plus de 50 acides aminés.

• La formation d’une liaison peptidique résulte de la condensation du groupement carboxylate d’un acide aminé avec le groupement amine d’un autre acide aminé, accompagnée de la libération d’une molécule d’eau.

📌 Dans une séquence peptidique, l’acide aminé N-terminal possède un groupement amine libre et l’acide aminé C-terminal possède un groupement carboxylate libre.

Compléments

• L’insuline est un polypeptide formé de deux chaînes comprenant respectivement 21 et 30 acides aminés, soit 51 acides aminés au total.

💡 Astuce mémo

Acides aminés → peptides → polypeptides → protéines

📖 2. Propriétés de la liaison peptidique

★ À maîtriser

📌 La lecture d’un peptide s’effectue de l’extrémité N-terminale vers l’extrémité C-terminale, et Ala-Val et Val-Ala sont deux isomères de structure aux propriétés différentes.

• La liaison peptidique est presque toujours en configuration trans, ce qui place les chaînes latérales de côtés opposés et limite l’encombrement stérique, tandis que la proline peut être en configuration cis.

📌 Les six atomes du groupe peptide sont coplanaires et rigides, les rotations étant possibles autour des liaisons N–Cα et Cα–C mais impossibles autour de la liaison peptidique C–N.

• Les groupements C=O et N–H de la liaison peptidique sont non chargés mais polaires, et peuvent participer à des liaisons hydrogène.

Compléments

• La longueur de la liaison peptidique est d’environ $1{,}33\ \text{Å}$, intermédiaire entre celle d’une liaison simple C–N de $1{,}47\ \text{Å}$ et celle d’une double liaison C=N de $1{,}30\ \text{Å}$.

💡 Astuce mémo

Trans stable, cis encombrée — sauf la proline

📖 3. Niveaux de structure protéique

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : Séquence linéaire et ordonnée des acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, écrite de l’extrémité N-terminale vers l’extrémité C-terminale.
• Structure secondaire : Organisation tridimensionnelle locale et régulière de la chaîne peptidique, stabilisée principalement par des liaisons hydrogène.
• Structure tertiaire : Ensemble des conformations tridimensionnelles globales d’une protéine et elle est indispensable à sa fonction.
• Structure quaternaire : Conformation tridimensionnelle d’une protéine constituée de plusieurs sous-unités polypeptidiques, mais toutes les protéines n’en possèdent pas.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 4. Masses, protéome et fonctions

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéome : Ensemble de toutes les protéines exprimées dans un organisme, comprenant les protéines codées par les gènes et celles qui en dérivent.

★ À maîtriser

• Le Dalton est l’unité de masse moléculaire définie comme un douzième de la masse d’un atome de carbone 12, tandis que la masse moléculaire relative Mr est un rapport sans unité.

• La séquence d’ADN d’un gène détermine la structure primaire, qui détermine partiellement la structure tridimensionnelle, laquelle détermine la fonction de la protéine.

Compléments

📐 Formule — En prenant une masse moyenne de 113 Da par acide aminé, la masse théorique de l’insuline contenant 51 acides aminés est $113 \times 51 = 5763\ \text{Da}$, alors que sa masse réelle est d’environ 6000 Da.

• Le protéome de la levure comprend environ 6000 protéines, tandis que celui de l’homme en comprend plus de 30 000 pour environ 20 000 gènes codants.

💡 Astuce mémo

Séquence ADN → structure tridimensionnelle → fonction

📖 5. Structures secondaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Hélice alpha : L’hélice alpha est une structure secondaire hélicoïdale stabilisée par des liaisons hydrogène intrachaînes entre les acides aminés n et n+4.

★ À maîtriser

📌 Le feuillet bêta plissé est une structure étirée et inextensible où des segments peptidiques s’alignent côte à côte et sont reliés par des liaisons hydrogène.

Compléments

• Chaque tour d’hélice alpha contient 3,6 acides aminés et possède un pas de $5{,}4\ \text{Å}$, soit une distance moyenne de $1{,}5\ \text{Å}$ entre deux acides aminés.

📌 Les feuillets bêta parallèles ont des chaînes de même sens et sont moins stables, tandis que les feuillets antiparallèles ont des chaînes de sens opposés.

• Les coudes bêta sont des segments courts d’environ quatre acides aminés qui changent la direction de la chaîne, souvent avec une proline en position 2 et une glycine en position 3.

💡 Astuce mémo

Hélice α compacte et extensible, feuillet β étiré et inextensible

📖 6. Structure tertiaire et dénaturation

🔑 Notions clés & Définitions

• Dénaturation : Processus qui détruit les structures secondaire, tertiaire et quaternaire d’une protéine sans hydrolyser sa structure primaire, entraînant généralement une perte de fonction.

★ À maîtriser

• La structure tertiaire résulte du repliement global de la chaîne peptidique par torsions et pliages, afin d’atteindre un niveau énergétique aussi faible que possible.

📌 Les interactions hydrophobes regroupent les chaînes latérales non polaires à l’intérieur de la protéine et sont indépendantes du pH, tandis que les liaisons hydrogène et ioniques sont dépendantes du pH.

• Un pont disulfure se forme entre les groupements sulfhydryle de deux cystéines d’une même chaîne ou de deux chaînes différentes et diminue la flexibilité de la protéine.

Compléments

• La drépanocytose résulte du remplacement du glutamate par une valine en position 6 de la chaîne bêta de l’hémoglobine, produisant l’HbS dont la forme désoxygénée polymérise et déforme les érythrocytes en faucille.

💡 Astuce mémo

Interactions stabilisatrices → repliement fonctionnel ; dénaturation → perte de fonction

📖 7. Motifs et domaines protéiques

★ À maîtriser

• Un domaine est une région protéique distincte possédant des caractéristiques structurales et fonctionnelles spécifiques, généralement plus grande qu’un motif et reliée à d’autres domaines par des régions de liaison.

Compléments

• Le motif coiled-coil associe des hélices alpha comportant des répétitions de sept acides aminés hydrophobes et permet notamment l’auto-association de protéines fibreuses.

• Le motif hélice-boucle-hélice EF hand contient une boucle d’environ douze acides aminés qui fixe le calcium grâce à des résidus hydrophiles et à une molécule d’eau.

• Le motif hélice-coude-hélice comprend deux hélices alpha reliées par un coude, dont l’une reconnaît le grand sillon de l’ADN et l’autre stabilise l’interaction.

• Dans un motif à doigt de zinc, un ion zinc est maintenu par deux cystéines et deux histidines et stabilise la structure sans interagir directement avec l’ADN.

💡 Astuce mémo

Une mosaïque de motifs forme des domaines spécialisés

📖 8. Structure quaternaire et familles

★ À maîtriser

📌 La structure quaternaire correspond à l’assemblage de deux chaînes polypeptidiques ou plus, appelé homo-oligomérisation si les chaînes sont identiques et hétéro-oligomérisation si elles sont différentes.

📌 Les protéines globulaires sont compactes, souvent solubles et impliquées dans la synthèse, le transport ou le métabolisme, tandis que les protéines fibrillaires sont longues et généralement insolubles.

Compléments

• Environ 50 % des protéines possèdent une structure quaternaire, dont environ deux tiers sont des homomères et un tiers des hétéromères.

• La kératine alpha est une protéine fibrillaire riche en hélices alpha, stabilisée par des interactions hydrophobes et de nombreux ponts disulfure, et présente dans les cheveux, la peau et les ongles.

💡 Astuce mémo

Globulaire compacte et soluble, fibrillaire longue et insoluble

📖 9. Protéines fonctionnelles majeures

🔑 Notions clés & Définitions

• Immunoglobuline : Glycoprotéine en forme de Y composée de deux chaînes lourdes identiques et de deux chaînes légères identiques, dont les régions variables reconnaissent l’antigène et le fragment Fc interagit avec les cellules immunitaires.

★ À maîtriser

• Le collagène est une protéine structurale représentant environ 25 % des protéines des mammifères et formée de trois chaînes alpha organisées en triple hélice.

📌 La myoglobine est une protéine monomérique qui fixe une molécule d’oxygène et le stocke dans le muscle, tandis que l’hémoglobine est tétramérique et fixe quatre molécules d’oxygène pour les transporter dans le sang.

📌 La myoglobine présente une courbe de saturation hyperbolique sans coopérativité, tandis que l’hémoglobine présente une courbe sigmoïdale liée à une coopérativité positive.

Compléments

• Dans le modèle concerté de l’hémoglobine, la fixation de l’oxygène à la forme T de faible affinité déplace simultanément l’équilibre vers la forme R de forte affinité.

💡 Astuce mémo

Myoglobine stocke, hémoglobine transporte l’oxygène

📖 10. Récepteurs et assemblages supramoléculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Récepteur à activité tyrosine kinase : Protéine membranaire possédant un domaine extracellulaire de liaison au ligand, un seul domaine transmembranaire et un domaine intracellulaire tyrosine kinase.

★ À maîtriser

• 🔄 L’activation suit généralement ces étapes:

  1. Fixation du ligand
  2. Dimérisation du récepteur
  3. Trans-autophosphorylation
  4. Recrutement de protéines de signalisation

• Les ribosomes contiennent plus de 50 protéines et permettent la synthèse protéique, tandis que les sarcomères réunissent des filaments d’actine et de myosine pour permettre la contraction musculaire.

Compléments

• Le récepteur de l’insuline est un oligomère de 350 kDa comprenant deux sous-unités alpha extracellulaires et deux sous-unités bêta transmembranaires reliées par des ponts disulfure.

• Après fixation de l’insuline, les sous-unités bêta s’autophosphorylent, recrutent IRS puis la PI3-kinase, qui produit PIP3 et attire PDK1 et PKB à la membrane pour activer PKB.

• Les structures supramoléculaires sont des assemblages de nombreuses protéines et d’autres éléments, souvent supérieurs à 1 mégadalton et mesurant entre 30 et 300 nm.

💡 Astuce mémo

Ligand → dimérisation → autophosphorylation → signal intracellulaire

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux de structure protéique

Myoglobine et hémoglobine