Fiche de révision : Structure et fonctions des protéines

📋 Plan du Cours

1. Composition et fonctions générales
2. Liaison peptidique et polarité
3. Flexibilité et structure primaire
4. Repliement et structures secondaires
5. Structures tertiaires et domaines
6. Assemblages protéiques complexes
7. Propriétés et analyse des protéines
8. Maturation et adressage protéique
9. Dégradation ubiquitine-protéasome
10. Diversité et rôles biologiques
11. Flexibilité et régulation allostérique

📖 1. Composition et fonctions générales

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéines : Macromolécules polymériques constituées de résidus d’acides aminés et représentant plus de la moitié du poids sec des cellules.

★ À maîtriser

• Les protéines de toutes les espèces utilisent le même ensemble de 20 acides aminés, liés par covalence en séquences linéaires caractéristiques.

• Les protéines assurent une grande diversité de fonctions biologiques et toutes les activités cellulaires dépendent plus ou moins directement d’elles.

Compléments

• Toutes les protéines contiennent:
  • du carbone
  • de l’hydrogène
  • de l’oxygène
  • de l’azote

📖 2. Liaison peptidique et polarité

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Liaison covalente amide entre les groupements carboxylique et aminé portés par les carbones α de deux acides aminés, avec élimination d’une molécule d’eau.

📝 Points essentiels

📌 La polymérisation des acides aminés produit des peptides lorsque la chaîne contient moins de 50 acides aminés et des protéines lorsqu’elle en contient au moins 50.

• La liaison peptidique forme une chaîne linéaire non ramifiée dont les résidus sont orientés entre une extrémité N-terminale et une extrémité C-terminale.

📌 L’extrémité N-terminale porte le groupement α-aminé libre, tandis que l’extrémité C-terminale porte le groupement carboxylique libre.

💡 Astuce mémo

Lecture de N-terminal vers C-terminal

📖 3. Flexibilité et structure primaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Résidu d’acide aminé : Unité d’acide aminé intégrée dans un peptide, dont les propriétés propres proviennent principalement de la chaîne latérale.
• Structure primaire : Enchaînement linéaire des acides aminés d’une protéine, portant une grande partie de l’information nécessaire à sa structure tridimensionnelle.

★ À maîtriser

• Les chaînes latérales déterminent notamment:
  • l’hydrophobicité
  • la charge électrique
  • la flexibilité
  • l’encombrement stérique

Compléments

📌 La modification d’un ou de quelques acides aminés dans la séquence primaire peut changer radicalement la structure et la fonction d’une protéine.

💡 Astuce mémo

Séquence primaire modifiée → structure et fonction potentiellement bouleversées

📖 4. Repliement et structures secondaires

★ À maîtriser

• En milieu aqueux, une protéine globulaire se replie spontanément vers la structure la plus stable énergétiquement, avec un cœur hydrophobe et une surface extérieure polaire.

• Les structures secondaires comprennent:

  • les hélices α
  • les feuillets plissés β
  • les coudes β
  • les boucles

• L’hélice α est stabilisée par des liaisons hydrogène intrachaîne, possède un pas de 5,5 Å et comporte 3,6 résidus par spire.

• Dans un feuillet plissé β, des chaînes étirées se stabilisent par des liaisons hydrogène interchaînes, les arrangements antiparallèles étant les plus stables mais les arrangements parallèles étant également possibles.

Compléments

• Un coude β réalise souvent un changement de direction de 180° grâce à une liaison hydrogène entre le groupement CO du premier résidu et le groupement NH du quatrième.

📖 5. Structures tertiaires et domaines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure tertiaire : Forme globale tridimensionnelle d’une protéine, produite par des replis mettant en relation des résidus non contigus dans la séquence mais proches dans l’espace.
• Domaine fonctionnel : Unité de repliement d’une protéine qui constitue un véritable module fonctionnel.
• Pont disulfure : Liaison covalente entre deux atomes de soufre provenant des groupements thiols de deux résidus de cystéine proches dans l’espace.

📝 Points essentiels

• La structure tertiaire peut être stabilisée par:
  • des liaisons hydrogène
  • des liaisons ioniques
  • des interactions hydrophobes
  • des ponts disulfure covalents

📖 6. Assemblages protéiques complexes

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure quaternaire : Assemblage non covalent de plusieurs chaînes polypeptidiques associées par complémentarité des structures ou avec l’aide de protéines chaperons.
• Complexe multiprotéique : Un complexe multiprotéique est l’assemblage de plusieurs protéines entre elles, comme le complexe de la pyruvate déshydrogénase, le complexe de la chaîne respiratoire ou le protéasome.

📝 Points essentiels

📌 Un homodimère associe deux sous-unités identiques, tandis qu’un hétérodimère associe deux sous-unités différentes.

• L’hémoglobine est un tétramère constitué de deux chaînes α et de deux chaînes β, chacune contenant une molécule d’hème.

📖 7. Propriétés et analyse des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéome : Ensemble des protéines présentes dans un type de cellule ou de tissu à un moment donné, variant dans le temps et l’espace.

★ À maîtriser

• Les résidus aromatiques des protéines absorbent spécifiquement à 280 nm.

• La dénaturation peut résulter de: la chaleur, qui rompt principalement les liaisons hydrogène, la variation de pH, qui rompt les liaisons ioniques, les détergents, qui rompent les interactions hydrophobes

Compléments

• La masse moléculaire moyenne d’un résidu d’acide aminé est de 110 Da et peut être mesurée par spectrométrie de masse ou calculée par addition des masses des résidus.

• L’interactome humain cellulaire comprend environ 130 000 interactions binaires entre protéines à chaque instant.

📖 8. Maturation et adressage protéique

★ À maîtriser

• Après la traduction, la maturation protéique comprend le repliement et d’autres modifications qui influencent la structuration, l’adressage, l’activité ou sa régulation.

• La synthèse de l’insuline passe d’une préproinsuline de 86 acides aminés à une proinsuline de 62 acides aminés, puis le clivage d’une séquence de 30 acides aminés libère l’hormone active à deux chaînes.

• Toutes les protéines sont synthétisées sur les ribosomes du cytosol, sauf les protéines mitochondriales synthétisées sur les ribosomes propres aux mitochondries.

• Les signaux de tri peuvent orienter les protéines vers:

  • le noyau
  • le réticulum endoplasmique
  • la mitochondrie
  • le peroxysome
  • l’extérieur de la cellule

Compléments

• La méthionine d’initiation située à l’extrémité N-terminale est hydrolysée par une exopeptidase spécifique.

• Le signal de localisation nucléaire NLS est généralement une courte séquence riche en lysine et en arginine, pouvant être située n’importe où dans la séquence et reconnue au niveau du pore nucléaire.

💡 Astuce mémo

Synthèse → maturation → adressage → activité

📖 9. Dégradation ubiquitine-protéasome

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéasome : Complexe de protéases ATP-dépendantes organisé en cylindre creux, qui déplie les protéines marquées et les transforme en courts peptides.
• Ubiquitine : Protéine de 76 acides aminés fixée covalemment, généralement en plusieurs exemplaires, à un résidu de lysine de la protéine à détruire.

★ À maîtriser

• Les protéines mal repliées sont reconnues, marquées par ubiquitinylation, dépliées par le protéasome puis exposées aux protéases internes qui les transforment en courts peptides.

📌 Le système ubiquitine-protéasome détruit aussi des protéines normales à demi-vie courte afin de réguler leur concentration et d’assurer le renouvellement protéique.

Compléments

• L’agrégation de protéines mal repliées contribue à des maladies comme les maladies d’Alzheimer et de Parkinson ainsi qu’aux maladies à prions.

💡 Astuce mémo

Mauvais repliement → ubiquitinylation → protéasome → peptides

📖 10. Diversité et rôles biologiques

★ À maîtriser

📐 Formule — Le nombre de dipeptides possibles à partir de 20 acides aminés est $20^2 = 400$.

📐 Formule — Le nombre de séquences primaires possibles est $20^3 = 8\,000$ pour un tripeptide et $20^4 = 160\,000$ pour un tétrapeptide.

📌 Les protéines hydrophiles se trouvent principalement en solution dans les milieux aqueux, tandis que les protéines hydrophobes se trouvent dans les membranes.

• Les protéines membranaires permettent:

  • l’adhésion aux cellules voisines
  • le transport de molécules et d’ions
  • la transmission de signaux

• Les protéines assurent la catalyse enzymatique, la signalisation, la régulation, le transport, la structure, le mouvement, la défense, le stockage nutritif et énergétique, le métabolisme ainsi que la reproduction et la division cellulaire.

Compléments

• Les protéines structurales comprennent notamment l’actine, le collagène et la kératine, qui structurent respectivement les cellules ou les tissus.

📖 11. Flexibilité et régulation allostérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Allostérie : Régulation de l’activité d’une protéine par la fixation d’un effecteur sur un site, qui modifie la fixation d’une autre molécule sur un site distant de la même protéine.

★ À maîtriser

• L’hémoglobine est une protéine allostérique dont chacun des quatre monomères peut fixer une molécule de dioxygène, chaque fixation augmentant l’affinité pour la suivante.

Compléments

• Un changement allostérique peut être déclenché par:

  • un clivage
  • l’hydrolyse de l’ATP ou du GTP
  • une phosphorylation
  • une sous-unité régulatrice
  • la liaison d’un ligand

• Les mouvements allostériques peuvent être localisés dans une poche réactive ou concerner le déplacement de domaines et de sous-unités polypeptidiques.

💡 Astuce mémo

Effecteur distant → changement conformationnel → affinité modifiée

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux de structure protéique