Biochimie
Les Protéines
Structures et Propriétés
Les protéines sont des macromolécules aux fonction très différentes, qui jouent des rôles essentiels dans de nombreux processus physiologiques (ex: Enzymes, Anticorps, Récepteurs, ..). Leurs fonctions sont initialement liées à leur structure dans l'espace.
1. Conformation spatiale des protéines
La conformation spatiale d'une protéine résulte de 3 ou 4 niveaux de structures indépendantes.
Structure Primaire
Elle correspond à la séquence en AA dans un ordre déterminé. Sa conformation est
liée à la géométrie de la liaison peptidique.
=> agencement linéaire des AA entre eux.
Structures Secondaires
Ces structures sont dues aux replis qu'adopte la chaîne peptidique sous l'effet de multiples liaisons hydrogènes qui s'établissent entre différents groupements -CO et -NH de son squelette.
Hélice alpha
Hélice à spires (enroulement) régulières. Le pas de l'hélice est de 0,54nm, soit 1
Angström: c'est la distance entre deux boucles. Cela correspond à 3,6 résidus (toutes
les 10 spires il y a 36 résidus). L'hélice peut-être droite, cad tourne dans le sens des aiguilles d'une montre.
Certains AA déstabilise l'hélice alpha du fait de leur structure. Certain empêche la
formation de l'hélice alpha comme la proline ( donc pas de Pro dans une hélice alpha).
Feuillet bêta
Les liaisons hydrogènes sont perpendiculaire à l'axe de la molécule. Les chaines
peptidiques sont disposées soit de façon parallèle soit de façon anti-parallèle.
Les chaines latérales (celles des radicaux) se placent au-dessus ou en dessous du plan.
Cette structure est moins fréquente que l'hélice alpha car elle est moins stable.
Remarque: la chaine peptidique adopte dans une région données soit une structure en hélice alpha soit en feuillet bêta selon la nature des AA impliqués.
En effet, certains AA, de part leur charge ou leur encombrement stérique favorise ou non ces structures.
La proline, par sa structure cyclique atypique participe souvent à l'élaboration de la structure secondaire et de la structure tertiaire en créant des courbures de la chaine entre les motifs d'hélices et de feuillets.
Structures Tertiaires
La conformation générale d'une protéine dans l'espace s'appelle structure tertiaire.
Elle correspond à l'agencement des structures secondaires entre elles. Les liaisons qui
interviennent dans le maintient de cette structure sont multiples.
– liaisons fortes = covalentes = ponts disulfures S-S entre deux cystéines.
– liaisons faibles = hydrogènes, ioniques, hydrophobes.
Conséquences: rapprochement dans l'espace des AA parfois éloignés dans les structures primaires.
La structure tertiaire est à l'origine de la forme globale de la protéine native. Elle va
permettre à la protéine de former dans l'espace des « domaines » indispensables à sa
fonction (par ex un site actif pour une enzyme).
Structures Quaternaires
Ne concerne que les protéines constituées de plusieurs chaines peptidiques appelées
sous-unités ou protomères, par ex l'hémoglobine.
=> agencement en 3D des protomères entre eux.
Remarque: « Protéines Chaperonnes » = protéine qui va induire le rapprochement de
certains AA dans l'espace d'une protéine en cours de synthèse.
Elle participent aussi au passage de certaines protéines d'un compartiment cellulaire à
un autre en maintenant sous forme linéaire la protéine en question.
2. Dénaturation des protéines
Définition
La dénaturation est une désorganisation des structures secondaires, tertiaires, et
quaternaires par ruptures des liaisons faibles et/ou des ponts disulfures.
Mais dénaturation ≠ dégradation: il n'y a pas de rupture de la liaison peptidique lors
de la dénaturation donc la structure primaire est conservée.
Étape de la dénaturation
La 1ère étape est réversible, on peut revenir à l'état natif. Il y a rupture des liaisons
faibles et/ou des ponts disulfures. Si on supprime l'agent dénaturant, la protéine peut
retrouver son état initial en recréant ses liaisons.
La 2nde étape est irréversible: la protéine va être sujette à la création de nouvelles liaisons faibles.
Conséquences de la dénaturation: il y a perte de la fonction biologique. Il peut y avoir
des variation de la solubilité, des variation de propriétés physico-chimiques....
Les agents dénaturants
Physiques
T°C, pH, radiations, agitations, ...
Chimiques
Urée qui détruit les liaisons hydrogènes, BetaMercaptoEthanol qui détruit les liaisons S-S, le SDS Sodium DodecylSylfate.
3. Propriétés des protéines
Solubilité
Elle se définit par la quantité maximale de protéine pouvant se dissoudre dans 1L de
solvant. Les protéines sont insolubles dans des solvants organiques et leur solubilité
dans l'eau dépend de leur composition en AA ainsi que de la séquence des AA.
De nombreux facteurs influencent la solubilité d'une protéine donnée.
Force ionique de la solution
Il s'agit de l'influence de la concentration en sel de la solution.
Effet de relarguage: il se créé, au-delà d'une certaine concentration en sel, une compétition vis à vis des molécules d'eau entre les ions du sels et ceux de la protéine. Les molécules de protéine se retrouvent donc déshydratées, elles ont alors tendance à s'agréger et à précipiter.
Phénomène réversible par dilution.
Le pH
Le minimum de solubilité d'une protéine est atteint quand le pH du milieu atteint le pHi de la protéine.
Influence des solvants organiques
L'utilisation de solvants organiques somme l'éthanol ou l'acétone insolubilise les protéines.
Propriétés optiques
Les solutions protéiques absorbent et diffusent la lumière. Les propriétés optiques
sont en rapport avec la concentration de la solution, avec la taille et la forme des
molécules. Ces propriétés sont importantes pour l'étude et le dosage des protéines.
On peut également déterminer les caractéristiques géométrique d'une protéine par diffusion de la lumière.
Propriétés osmotiques
Les protéines ne sont pas dialysables car elles ne diffusent pas, notamment du à leur
taille, au travers de membrane perméable.
Les protéines développent une pression osmotique qui intervient dans les échanges
cellulaires ou dans les échanges des secteurs hydriques de l'organisme.
Propriétés d'ionisation
Toute protéine possède une nombre important de groupements ionisables caractérisés par leur pK. Ces propriétés sont à la base des techniques de séparation et de caractérisation des protéines (électrophorèse ou chromatographie).
4. Classification
On distingue 2 grands groupes:
– les « holoprotéines » qui sont constitués que d'AA
– les « hétéroprotéines » qui comportent d'une part une ou plusieurs chaine
polypeptidiques, d'autre part un groupement non-protéiques dit groupement prothétique.
Les holoprotéines
Les globulaires
Ce sont des protéines qui en 3D ont une forme arrondie comme par exemple l'albumine, les histones (protéines basiques autour desquelles s'enroulent l'ADN pour former la chromatide), lysozyme, insuline, ...
Les fibreuses
Protéines étirées. Il s'agit généralement de protéines strucuturales comme par exemple: le cytosquelette, la matrice extracellulaire, la fibrine, la kératine, la lactine, myosine, collagène, éllastine, ...
Les hétéroprotéines
Par exemple: les phosphoprotéines, les sulfoprotéines, les glycoprotéines, les lipoprotéines...