Proteine

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Proteine

Protéine

Représentation schématique de la myoglobine. Cette protéine homologue de l'hémoglobine se lie au dioxygène au niveau des muscles. Elle est la première dont la structure est résolue par cristallographie et diffraction des rayons X par Max Perutz et John Kendrew.

Une prot√©ine est une macromol√©cule biologique compos√©e par une ou plusieurs cha√ģne(s) d'acides amin√©s li√©s entre eux par des liaisons peptidiques. En g√©n√©ral, on parle de prot√©ine lorsque la cha√ģne contient plus de 100 acides amin√©s[r√©f. n√©cessaire], soit environ 10 kDa. Dans le cas contraire, on parle de peptides et de polypeptides, mais plus souvent simplement de ¬ę petite prot√©ine ¬Ľ.

L'ordre dans lequel les acides amin√©s s'encha√ģnent est cod√© par le g√©nome et constitue la structure primaire de la prot√©ine. La prot√©ine se replie sur elle-m√™me pour former des structures secondaires, dont les plus importantes quantitativement sont l'h√©lice alpha et le feuillet b√™ta, ce qui permet de cr√©er des liaisons hydrog√®nes entre les atomes des carbones et d'azote des deux liaisons peptidiques voisines. Puis, les diff√©rentes structures secondaires sont agenc√©es les unes par rapport aux autres pour former la structure tertiaire, souvent renforc√©e par des ponts disulfure. Les forces qui gouvernent ce repliement sont les forces physiques classiques. Dans le cas des prot√©ines form√©es par l'agencement de plusieurs cha√ģnes, la structure quaternaire d√©crit l'orientation relative des sous-unit√©s les unes par rapport aux autres.

Il existe plusieurs protéines chaperon qui facilitent, voire sont nécessaires, au repliement des protéines vers l'état actif.

Le repliement des protéines fait l'objet de recherches intenses dans le domaine de la biologie structurale, alliant les techniques de la biophysique moléculaire et de la biologie cellulaire principalement. Le code qui permet de déduire la structure tertiaire à partir de la structure primaire reste à découvrir, s'il existe.

Les prot√©ines sont les √©l√©ments essentiels de la vie de la cellule : elles ont un r√īle structurel, comme l'actine, un r√īle dans la motilit√©, comme la myosine ; elles ont un r√īle catalytique (enzymes) ; elles ont un r√īle de r√©gulation de la compaction de l'ADN (histones) ou d'expression des g√®nes (facteur de transcription), etc. En fait, l'immense majorit√© des fonctions cellulaires est assur√©e par des prot√©ines.

Sommaire

√Čtymologie

Les prot√©ines furent d√©couvertes par le chimiste hollandais Gerhard Mulder (1802-1880)[r√©f. n√©cessaire]. Le terme prot√©ine vient du grec ancien pr√ītos qui signifie premier, essentiel. Ceci fait probablement r√©f√©rence au fait que les prot√©ines sont indispensables √† la vie et qu'elles constituent souvent la part majoritaire du poids sec des cellules. Une autre th√©orie, voudrait que prot√©ine fasse r√©f√©rence, comme l'adjectif prot√©iforme, au dieu grec Prot√©e qui pouvait changer de forme √† volont√©. Les prot√©ines adoptent en effet de multiples formes et assurent de multiples fonctions. Mais ceci ne fut d√©couvert que bien plus tard, au cours du XXe si√®cle.

Synthèse

Article d√©taill√© : Synth√®se des prot√©ines.

Les prot√©ines sont assembl√©es √† partir des acides amin√©s en fonction de l'information pr√©sente dans les g√®nes. Leur synth√®se se fait en deux √©tapes :

L'assemblage d'une prot√©ine se fait donc acide amin√© par acide amin√© de son extr√©mit√© N-terminale √† son extr√©mit√© C-terminale. √Čgalement, un g√®ne n'est pas forc√©ment associ√© √† une seule prot√©ine mais bien souvent √† plusieurs.

Structure

Article d√©taill√© : Structure des prot√©ines.

Les protéines sont des objets moléculaires dont la description précise introduit la notion de structures (de manière plus ou moins hiérarchique).

La fonction des protéines est conférée par leur structure tridimensionnelle[1], c'est-à-dire la manière dont les acides aminés sont agencés les uns par rapport aux autres dans l'espace. C'est la raison pour laquelle les méthodes de détermination des structures tridimensionnelles ainsi que les mesures de la dynamique des protéines sont importantes et constituent un champ de recherche très actif. En plus de ces méthodes expérimentales, de nombreuses études portent sur des méthodes informatiques de prédiction de la structure 3D à partir de la séquence.

Fonction

Article d√©taill√© : Fonction des prot√©ines.

Les prot√©ines remplissent des fonctions tr√®s diverses au sein de la cellule et de l'organisme :

  • Catalyse. Toutes les enzymes sont prot√©iques (sauf les ribozymes).
  • Transport. L'h√©moglobine transporte l'oxyg√®ne des poumons aux organes, les canaux ioniques permettent le passage d'ions √† travers la membrane, les pompes membranaires permettent d'√©nergiser la cellule en cr√©ant un potentiel membranaire indispensable √† la g√©n√®se du potentiel d'action, base de la communication nerveuse.
  • Communication. De nombreuses hormones - comme l'insuline - sont des prot√©ines et peuvent v√©hiculer un message dans l'organisme).
  • Signalisation. Des prot√©ines sont impliqu√©es dans le chimiotactisme
  • Reconnaissance. Le syst√®me immunitaire poss√®de des prot√©ines sp√©ciales - les immunoglobulines - qui permettent la reconnaissance mol√©culaire de formes ¬ę √©trang√®res ¬Ľ, c'est-√†-dire n'appartenant pas aux formes mol√©culaires de l'organisme qui les fabrique)
  • Structure (ex. : les prot√©ines du cytosquelette permettent la consolidation et la motilit√© des cellules, comme c'est le cas pour les flagelles bact√©riens, on peut aussi citer le collag√®ne, qui structure la matrice extracellulaire.
  • Stockage (ex. : le fer est stock√© dans le foie en se liant √† la petite prot√©ine appel√©e ferritine).

Phénotype

Le plan de fabrication des prot√©ines d√©pend donc en premier lieu du g√®ne. Or les s√©quences des g√®nes ne sont pas strictement identiques d'un individu √† l'autre. De plus, dans le cas des √™tres vivants diplo√Įdes, il existe deux exemplaires de chaque g√®ne. Et ces deux exemplaires ne sont pas n√©cessairement identiques. Un g√®ne existe donc en plusieurs versions d'un individu √† l'autre et parfois chez un m√™me individu. Ces diff√©rentes versions sont appel√©es all√®les. L'ensemble des all√®les d'un individu forme le g√©notype.

Puisque les g√®nes existent en plusieurs versions, les prot√©ines vont √©galement exister en diff√©rentes versions. Ces diff√©rentes versions de prot√©ines vont provoquer des diff√©rences d'un individu √† l'autre : tel individu aura les yeux bleus mais tel autre aura les yeux noirs, etc. Ces caract√©ristiques, visibles ou non, propres √† chaque individu sont appel√©es le ph√©notype. Chez un m√™me individu, un groupe de prot√©ines √† s√©quence similaire et fonction identique est dit isoforme. Les isoformes peuvent √™tre le r√©sultat de l'√©pissage alternatif d'un m√™me g√®ne, l'expression de plusieurs all√®les d'un g√®ne, ou encore la pr√©sence de plusieurs g√®nes homologues dans le g√©nome.

√Čvolution (Th√©orie)

Au cours de l'évolution, les accumulations de mutations ont fait diverger les gènes entre les espèces. De là provient la diversité des protéines qui leur sont associées. On peut toutefois définir des familles de protéines, elles-mêmes correspondant à des familles de gènes. Ainsi, deux espèces proches ont de fortes chances d'avoir des gènes, et par conséquent des protéines, très similaires. Cette similarité peut se mesurer en comparant la séquence des protéines. On peut ainsi classer un groupe de protéines par homologie, des plus semblables aux moins semblables. Ainsi, la fonction des protéines divergera au fur et à mesure que la similarité diminuera.

L'analyse des s√©quences et des structures de prot√©ine a permis de constater que beaucoup s'organisaient en domaines, c'est-√†-dire en parties acqu√©rant une structure et remplissant une fonction ind√©pendamment du reste de la prot√©ine. Selon la th√©orie des g√®nes mosa√Įques, l'existence de prot√©ines √† plusieurs domaines est le r√©sultat de la recombinaison en g√®ne unique de plusieurs g√®nes originellement individuels.

Alimentation

Dans l'alimentation, les protéines sont désagrégées durant la digestion à partir de l'estomac. C'est là que les protéines sont hydrolysées en protéoses et polypeptides pour fournir des acides aminés pour l'organisme, y compris ceux (acides aminés dits essentiels) que l'organisme n'est pas capable de synthétiser. Le pepsinogène est converti en pepsine quand il arrive au contact avec l'acide chlorhydrique. La pepsine est la seule enzyme protéolytique qui digère le collagène, la principale protéine du tissu conjonctif. La plupart de la digestion des protéines a lieu dans le duodénum.

Presque toutes les prot√©ines sont absorb√©es quand elles arrivent dans le j√©junum et seulement 1 % des prot√©ines ing√©r√©es se retrouvent dans les f√®ces. Certains acides amin√©s restent dans les cellules √©pith√©liales et sont utilis√©s pour la synth√®se de nouvelles prot√©ines, y compris certaines prot√©ines intestinales, constamment dig√©r√©es, recycl√©es et absorb√©es par l'intestin gr√™le.

Aliments riches en protéines

Article d√©taill√© : Nourriture.

Bibliographie

  • (fr) Lubert Stryer, Jeremy Mark Berg, John L. Tymoczko (trad. Serge Weinman), Biochimie, Flammarion, ¬ę M√©decine-Sciences ¬Ľ, Paris, 2003, 5e √©d. (ISBN 2-257-17116-0).
  • (fr) Carl-Ivar Br√§nd√©n, John Tooze (trad. Bernard Lubochinsky, pr√©f. Jo√ęl Janin), Introduction √† la structure des prot√©ines, De Boeck Universit√©, Bruxelles, 1996 (ISBN 2-804-12109-7).

Notes et références

  1. ‚ÜĎ aussi appel√©e structure tertiaire ou structure 3D.

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

Liens externes

  • (en) Projet Predictor Un logiciel de calcul partage qui utilise la plateforme BOINC, pour √©tudier le repliement des prot√©ines.
  • (en) Serveur MRS Un serveur de banques de donn√©es biologiques, o√Ļ l'identification d'une entr√©e dans la banque PDB permet de visualiser la structure √† l'√©cran, en mode dynamique (voyez par exemple ce que produit une recherche dans la banque PDB des entr√©es correspondant √† la trypsine.
  • (en) Proteins@home Un projet √† grande √©chelle pour √©tudier le repliement des prot√©ines, auquel vous pouvez participer avec votre ordinateur.


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