Évolution et Diversité du Vivant (101-NYA-05) Cours 2 (Cinquième partie) LES PROTÉINES Une protéine Bernadette Féry Hiver 2007

Une protéine est un polymère d’acides aminés (des monomères) La structure de base l’acide aminé est toujours la même Les acides aminés sont désignés par des abréviations Les acides aminés se relient les uns aux autres par des liaisons peptidiques Les protéines sont en général formées d’une seule chaîne d’acides aminés mais les plus complexes peuvent être un agglomérat de 2, 3 ou 4 chaînes polypeptidiques La protéine adopte spontanément une forme tridimensionnelle ou conformation native grâce à une série de repliements successifs La forme de la protéine détermine sa fonction biologique Les protéines peuvent se dénaturer (perdre leur conformation native) sous l’effet de la chaleur ou d’un pH inadéquat C’est la séquence d'acides aminés qui détermine la façon dont une protéine se replie et par conséquent, sa forme et sa fonction La séquence des acides aminés d’une protéine est dictée dans un « gène » de l’ADN (acide désoxyribonucléique) Les protéines ont des rôles très importants

1. Une protéine est un polymère d’acides aminés acide aminé 2. La structure de base l’acide aminé est toujours la même Un groupement amine Un groupement carboxyle Une chaîne latérale Chaîne carbonée présentant divers groupements. Partie variable d’un acide aminé à l’autre. Désignée par R1, R2…R20 (car 20 a.a. différents)

Quelques acides aminés 20 types d’acides aminés entrent dans la composition des protéines. Il existe aussi d’autres types d’acides aminés dans la cellule qui ont des fonctions particulières. ? Groupement amine ? Groupement carboxyle ? Chaîne latérale Quelques acides aminés Campbell (2eéd. fr.) — Figure 55.15 : 76

3. Les acides aminés sont désignés par des abréviations Alanine (Ala) Arginine (Arg) Acide asparagique (Asp) Asparagine (Asn) Cystéine (Cys) Acide glutamique (Glu) Glutamine (Gln) Glycine (Gly) Histidine (His) Isoleucine (Ile) Leucine (Leu) Lysine (Lys) Méthionine (Met) Phénylalanine (Phe) Proline (Pro) Sérine (Ser) Thréonine (Thr) Tryptophane (Trp) Tyrosine (Tyr) Valine (Val) À titre consultatif !

Union entre deux acides aminés Par condensation 4. Les acides aminés se lient les uns aux autres par liaison peptidique Liaison peptidique Union entre deux acides aminés Par condensation Le groupement carboxyle perd OH Le groupement amine perd H Les acides aminés se juxtaposent dans la même orientation : le groupement amine à gauche (par exemple) et le groupement carboxyle à droite. Liaison peptidique Campbell (2eéd. fr.) — Figure 5.16 : 77

Un extrait d’une page web Les acides aminés peuvent se lier en nombre variable pour former des peptides ou polypeptides (dans un polypeptide, le nombre d'acides aminés est compris entre 2 et 60). On parle de dipeptide si le nombre d'AA est égale à 2, de tripeptide si le nombre d'AA est égale à 3, de pentapeptide si le nombre d'acides aminés est égale à 5.......etc.....

Collagène = 3 chaînes d’a.a. Hémoglobine = 4 chaînes d’a.a. 5. Les protéines sont en général formées d’une seule chaîne d’acides aminés mais les plus complexes peuvent être un agglomérat de 2, 3 ou 4 chaînes polypeptidiques Lysine = 1 chaîne d’a.a. Collagène = 3 chaînes d’a.a. Hémoglobine = 4 chaînes d’a.a. Campbell (2eéd. française) — Figure 5.23 : 81 Chaîne d'acides aminés = chaîne polypeptidique Campbell (2eéd. française) — Figure 5.18 : 78

Premier repliement par des liaisons H à intervalle régulier 6. La protéine adopte spontanément une forme tridimensionnelle (conformation native) grâce à une série de repliements successifs La conformation native des protéines formées d’une seule chaîne polypeptidique est une structure tertiaire. La conformation native des protéines formées de plusieurs chaînes polypeptidiques est une structure quaternaire. Structure secondaire Premier repliement par des liaisons H à intervalle régulier Structure tertiaire Deuxième repliement par des liaisons diverses à intervalle irrégulier. La molécule prend la forme d’une boule. Structure quaternaire Interaction de diverses chaînes déjà en structure tertiaire. Par diverses liaisons à intervalle irrégulier. Structure primaire Séquence primaire des a.a. Source

Résumé des niveaux d’organisation structurale des protéines Structure secondaire : un feuillet plissé Structure secondaire : une structure hélicoïdale Premier repliement par liaisons hydrogène à intervalle régulier. Structure primaire Séquence précise des acides aminés de la protéine Structure tertiaire Deuxième repliement par liaisons diverses à intervalle irrégulier. La molécule prend la forme d’une boule. Structure quaternaire Interaction de diverses chaînes déjà en structure tertiaire. Par diverses liaisons à intervalle irrégulier. Seulement chez les protéines complexes formées de plusieurs chaînes. Campbell (2eéd. française) — Figure 5.20 : 79

Interactions hydrophobes Quelques exemples de liaisons permettant de former la structure tertiaire des protéines Interactions hydrophobes Liaison hydrogène Pont disulfure Chaîne d’acides aminés Liaison ionique Campbell (2eéd. française) — Figure 5.22 : 81

Insertion du saccharose dans le site actif de l’enzyme 7. La forme de la protéine — sa conformation native — détermine sa fonction biologique Insertion du saccharose dans le site actif de l’enzyme À cause de sa forme, une protéine recèle un site actif qui détermine la molécule unique à laquelle elle peut se lier. La saccharase est une enzyme (une protéine) qui hydrolyse le saccharose (sucre de table) en glucose et en fructose Enzyme Site actif Espace (trou) de forme spécifique qui permet de reconnaître et fixer une molécule précise. Glucose Fructose Campbell (2eéd. Fr.) — Figure 6.15 : 103

8. Les protéines peuvent se dénaturer (perdre leur conformation native) sous l’effet de la chaleur ou d’un pH inadéquat. Une protéine dénaturée ne fonctionne pas car elle ne présente pas de site actif. Si elle reste dissoute, elle peut reprendre sa forme si le milieu redevient normal. Protéine normale Protéine dénaturée Campbell (2eéd. française) — Figure 5.25 : 83

9. C’est la séquence d'acides aminés qui détermine la façon dont une protéine se replie et par conséquent, sa forme et sa fonction Le changement d’un seul acide aminé dans la chaîne change le repliement de la protéine et par conséquent sa conformation native. Si le changement de forme altère le site actif, la protéine sera généralement non fonctionnelle. Plus rarement elle pourrait être plus efficace ou acquérir une nouvelle fonction. Globules sanguins contenant de l’hémoglobine normale Campbell (2eéd. française) — Figure 5.19 : 78 Globules sanguins contenant de l’hémoglobine anormale Campbell (1eéd. française) — Figure 5.22 : 78 Campbell (2eéd. française) — Figure 5.19 : 78

10. La séquence des acides aminés d’une protéine est dictée dans un « gène » de l’ADN (acide désoxyribonucléique) Si une mutation génétique survient (changement dans un gène), la protéine qui découle de ce gène sera modifiée également. Une molécule d’ADN dans le noyau d’une cellule humaine ! Protéine normale Gène normal Protéine mutée Gène muté

Cas de la mutation génétique : anémie à hématies falciformes Le gène muté entraîne la mise en place de l’acide aminé valine au lieu de l’acide aminé glutamine dans la chaîne de l'hémoglobine ce qui altère sa conformation native ; la protéine cristallise facilement et déforme ainsi les globules rouges qui obstruent les petits capillaires en pouvant causer la mort. Globules sanguins contenant de l’hémoglobine normale Campbell (2eéd. française) — Figure 5.19 : 78 Globules sanguins contenant de l’hémoglobine anormale

11. Les protéines jouent des rôles variés Soutien (Protéines de structure) Protéines des membranes cellulaires, des tendons, des muscles, de la peau (collagène, élastine), des ongles et des cheveux (kératine). Catalyse Les milliers d'enzymes catalysent les réactions chimiques dans la cellule ; sans les enzymes, le métabolisme serait d'une lenteur qui le rendrait inexistant. De plus, les enzymes (protéines) aident la cellule à fabriquer les polymères avec lesquels elle s’édifie : protéines, sucres, graisses et acides nucléiques. Transport L’hémoglobine transporte l’oxygène et le gaz carbonique dans le sang. Les nombreuses protéines des membranes cellulaires font traverser les substances vers ou en dehors des cellules. Mouvement L’actine et la myosine des muscles sont responsables des mouvements du corps. Immunité Les anticorps dans le sang sont des protéines qui combattent les agents pathogènes. Régulation Les hormones sont souvent des protéines. Elles contrôlent de nombreuses substances et processus dans le corps. Par exemple les protéines insuline et glucagon contrôlent le sucre sanguin.

FIN DE LA CINQUIÈME PARTIE