LES PROTEINES I Les acides aminés : Classification : a) Les acides

LES PROTEINES
Objectifs : - Indiquer la structure des acides aminés et leurs propriétés.
- Indiquer la structure de la liaison peptidique.
- Différencier structure 1, 2, 3 et 4 des protéines.
- Citer les principaux peptides d’intérêt biologique.
Les protéines sont des éléments de première importance. En effet, elles jouent des rôles cruciaux
dans tous les processus biologiques. Elles permettent :
Ø La catalyse enzymatique : les enzymes ont un énorme pouvoir catalytique. Presque tous les
enzymes sont des protéines. Ils augmentent les vitesses de réaction d’au moins un million de
fois.
Ø Le transport et la mise en réserve : beaucoup de petites molécules et d’ions sont transportés
par des protéines spécifiques. L’hémoglobine transporte l’oxygène dans les érythrocytes, la
myoglobine transporte l’oxygène dans les muscles. Le fer est transporté dans le plasma
sanguin par la transferrine et mis en réserve dans le foie sous forme de complexe avec la
ferritine.
Ø Le mouvement coordonné : les protéines sont les principaux constituants du muscle.
Ø Le support mécanique : La forte résistance élastique de la peau et de l‘os est due à la
protéine de collagène, qui est une protéine fibreuse.
Ø La protection immune : Les anticorps sont des protéines très spécifiques qui reconnaissent et
fixent les substances étrangères.
Ø La production et la transmission de l’influx nerveux : La réponse des cellules nerveuses est
médiée par des protéines réceptrices. La rhodopsine est la protéine photoreceptrice des
cellules en bâtonnet de l’ il tandis que la propagation de l‘influx nerveux se fait grâce à des
protéines réceptrices au niveau de la synapse.
Ø Le contrôle de la croissance et la différentiation : Chez les bactéries, des protéines, les
répresseurs, sont des éléments de contrôle qui réduisent au silence des segments
spécifiques du DNA de la cellule. Dans les organismes supérieurs, la croissance et la
différenciation sont contrôlées par des facteurs de croissance protéiques. Les activités des
différentes cellules sont coordonnées par des hormones, telles que l’insuline et l’hormone qui
stimule la tyroïde.
I Les acides aminés :
Les protéines sont formées à partir d’un répertoire de 20 acides aminés qui sont donc l’élément de
base des protéines. Un acide aminé est constitué d’une fonction amine, d’un groupe carboxylique,
d’un atome d’hydrogène et d’un groupe variable : R. Les chaînes latérales se différencient par leur
dimension, leur forme, leur charge, leur capacité à contracter des liaisons hydrogène et leur réactivité
chimique.
En solution à PH neutre, les acides aminés se trouvent essentiellement sous forme d’ions dipolaires.
Classification :
a) Les acides aminés à chaîne aliphatique :
Glycine Alanine
Valine
Leucine
Isoleucine
Les chaînes aliphatiques plus grandes sont hydrophobes et ont tendance à s’agglomérer. La
structure tridimensionnelle des protéines hydrosolubles est stabilisée par le regroupement des
chaînes latérales hydrophobes.
b) Les acides aminés à chaîne latérale aromatique :
Phénylalanine
Tyrosine
Tryptophane
Ces trois acides aminés sont très hydrophobes.
c) les acides aminés soufrés :
Cystéine Méthionine
Les chaînes latérales contenant du soufre sont hydrophobes. Le groupe sulfhydryle de la cystéine
est très réactif et joue un rôle spécial dans l’architecture de certaines protéines en formant des liaisons
disulfures.
d) Les acides aminés hydroxylés :
Sérine
Thréonine
Ces acides aminés sont hydrophiles.
e) Les acides aminés basiques :
Lysine
Arginine
Histidine
La lysine et l’arginine sont chargées positivement à PH neutre. L’histidine est rencontrée dans le site
actif des enzymes ou son noyau imidazole peut osciller entre 2 états afin de catalyser la formation ou
la rupture de liaison.
f) Les acides aminés dicarcoxyliques et leurs amides :
Aspartate
Glutamate
Asparagine
Glutamine
g) la proline :
Elle a une fonction amine secondaire.
Elle est souvent rencontrée dans les coudes
des chaînes protéiques reployées.
II La liaison peptidique :
Dans les protéines, le groupe α carbonyle d’un acide aminé est uni à la fonction amine d’un autre
acide aminé par une liaison peptidique. La biosynthèse nécessite un apport d’énergie. Une unité acide
aminée dans le polypeptide est appelée résidu. L’extrémité aminée est prise comme origine de la
chaîne polypeptidique.
La liaison peptidique possède un caractère de double liaison, ce qui implique que tous les atomes
(Cα, C, O, N, H et Cα) soient coplanaires. L’unité peptidique est donc rigide et plane. Par contre la
liaison entre l’atome de carbone α et l’atome de carbone du groupement carboxyle est une simple
liaison de même que la liaison entre le carbone α et l’atome d’azote peptidique. Il y a un grand degré
de liberté de rotation autour de ces liaisons de chaque côté de l’unité peptidique rigide. L’hydrogène
de la fonction amine substituée est presque toujours trans par rapport à l’oxygène du groupe
carboxyle.
Les 20 acides aminés
III Les différents niveaux de structure des protéines :
En fonction des différentes interactions entre les acides aminés composant les
protéines, on distingue 4 niveaux de structure :
a) La structure primaire :
Elle correspond à l’enchaînement des acides aminés dans la protéine avec les ponts
cystéines.
b) La structure secondaire :
Ø L’hélice α:
C’est une structure en bâtonnet. La chaîne polypeptidique principale étroitement enroulée forme
la partie interne du bâtonnet et les chaînes latérales se disposent à l’extérieur en un arrangement
hélicoïdal. L’hélice est stabilisée par des liaisons hydrogène entre les groupes NH et CO de la chaîne
principale. Le CO de chaque A.A. est lié par liaison hydrogène au groupe NH de l’A.A situé 4 résidus
plus loin dans la chaîne polypeptidique linéaire. Chaque résidu est disposé par rapport au suivant
selon une translation de 1,5 A le long de l’axe de l’hélice et une rotation de 100°, ce qui donne 3,6
résidus d’A.A. par tour d’hélice. Les hélices α rencontrées dans les protéines sont droites.
2 hélices peuvent s’enrouler l’une autour de l’autre pour former un câble. Ces enroulements
super hélicoïdaux sont rencontrés dans la kératine des cheveux, la myosine et la tropomyosine du
muscle, l’épiderme de la peau et la fibrine des caillots sanguins. Ces câbles jouent un rôle mécanique
en formant des faisceaux rigides de fibres.
Ø Le feuillet β:
La chaîne polypeptidique du feuillet β est presque totalement étirée. La distance axiale entre les A.A.
adjacents est de 3,5 A . Le feuillet est stabilisé par des liaisons hydrogènes entre le CO et NH de
chaînes polypeptidiques différentes. Les brins adjacents d’un feuillet plissé peuvent être de même
sens ou de sens opposés (feuillets antiparallèles). La fibroïne de la soie est constituée presque
entièrement de feuillets antiparallèles. Des unités structurales comprenant de 2 à 5 feuillets parallèles
ou antiparallèles sont très répandues.
Ø L’hélice du collagène :
Elle est responsable de la forte résistance élastique du collagène, principal constituant de la peau,
des os et des tendons.
Les chaînes polypeptidiques peuvent changer de direction en faisant des coudes β,
ceci grâce à des liaisons hydrogènes entre le CO d’un résidu et le groupement NH
du quatrième.
c) La structure tertiaire :
Elle résulte des relations entre les A.A éloignés dans la structure linéaire. En effet des a.a très
éloignés les uns des autres dans la séquence peuvent se trouver très proches en raison des
repliements et former des régions indispensables au fonctionnement de la protéine comme le site actif.
Les chaînes latérales polaires sont groupées en surface. Les radicaux hydrophobes sont rejetés vers
l’intérieur de la protéine. Ces radicaux sont unis par des liaisons hydrophobes (interactions de type de
van der waals).
d) La structure quaternaire :
Plusieurs chaînes polypeptidiques peuvent s’associer grâce à des interactions de 3 types ce qui
confère une activité biologique au niveau du protomère qu’on ne retrouve pas au niveau de
l’oligomère. Les 3 types de forces sont :
Ø Les liaisons électrostatiques : Ce sont des liaisons non covalentes qui s’établissent entre un
radical chargé positivement et un radical chargé négativement.
Ø Les liaisons hydrogènes :
C’est une liaison non covalente qui se forme quand sont à proximité un atome d’hydrogène lié à
l’azote ou à l’oxygène et d’autre part un doublet électronique non partagé d’un autre azote ou
d’oxygène. Le tryptophane et l’arginine servent de donneurs de liaisons hydrogène. L’asparagine, la
glutamine la serine et la thréonine servent de donneurs et d’accepteurs de liaisons hydrogène. La
lysine, les acides aspartique et glutamique, la tyrosine et l’histidine ont des capacités à former des
liaisons hydrogène en fonction du PH.
Ø Les liaisons hydrophobes :
Les chaînes latérales hydrophobes sont repoussées par l’eau et ont tendance à se rapprocher entre
elles.
IV Principaux peptides d’intérêt biologique :
a) Le glutathion :
γ-glutamyl-cystéinyl-glycine
Il existe sous la forme réduite et oxydée ce qui lui permet de jouer un rôle dans
certaines réactions d’oxydoréduction .
b) Ocytocine et la vasopressine :
Hormones de structure très voisine, fabriquée par la post-hypophyse. L’ocytocine
stimule la contraction du muscle utérin alors que la vasopressine augmente la
pression sanguine et a une action antidiurétique.
c) L’hormone adrénocorticotrope ou ACTH :
Hormone de l’anté-hypophyse qui stimule la synthèse et la sécrétion des hormones
stéroïdes par la cortico-surrénale.
d) L’insuline :
Hormone hypoglycémiante sécrétée par les cellules β des îlots de langerhans. La
structure de l’insuline a été la première structure polypeptidique connue grâce aux
travaux de Sanger. L’insuline comporte 2 chaînes : la chaîne A de 21 a.a et la chaîne
B de 30 a.a. Il y a 3 ponts disulfures : 2 interchaines (A7/B7 et A20/B19) et un intrachaîne ( A6/A11).
e) La pénicilline :
Peptide ayant une activité antibiotique.