Cours 3: Les protéines

Chapitre III : Structure et propriétés des protéines
COURS 4 : Les protéines
Introduction
Ces sont des macromolécules formés d’un enchaînement d’acide aminé. Elles ont de multiple
rôle :
- Fonctionnel : Enzyme pour le métabolisme, les hormones, anticorps pour la défense
immunitaire.
- Structurel : Collagènes, Kératine (pour les tissus conjonctifs)
- Transport et communication à l’intérieur de la cellule : L’hémoglobine
- L’Emballage : Certains protéines emballent des acides nucléiques, les histones.
I-
Les différents niveaux de structure des protéines
1- Structure primaire
C’est la séquence d’un acide aminé d’une protéine du N- Terminal au C- Terminal.
Méthode d’étude (Cf. : les peptides).
2- Structures secondaires
Chaque protéine a une structure tridimensionnelle (3D : conformation) qui lui est propre, elle
est établi et maintenu par des liaison autres que les liaison peptidique.
Définition : La structure secondaire est l’ensemble des conformations particulières adoptés
par une partie du squelette polypeptides, cela conduit à définir différent motif issu d’un
repliement régulier de ce squelette.
a- Hélice alpha
Elle comporte 3,6 résidus d’acide aminés par spire. Cette conformation est maintenus par des
liaison hydrogène (=même chaîne) entre le –CO du résidus n et le NH du résidu n+4.
De plus le cœur de l’hélice est très compact et les atomes qui s’y trouvent établissent des
forces de Van Deer Waals. Les radicaux des résidus se trouvent toujours à l’intérieur de
l’hélice.
b- Feuillet plissé bêta
Des liaison hydrogène s’établisse afin de maintenir cette structure, ces sont en général des
liaison inter caténaire (entre chaîne polypeptidique voisine) il existe deux variétés de feuillet
bêta :
- Les anti-parallèles : Chaînes polypeptidiques liés par une liaison hydrogène, ils sont
dirigés en sens inverse.
- Les parallèles : Chaînes peptidiques liés par une liaison hydrogène, ils sont dirigés
dans le même sens.
3- Structure tertiaire
C’est la disposition tridimensionnelle d’une protéine. : L’enroulement de ces éléments de
structure seconde et disposition spatiale des radicaux des résidus. Elle s’établie entre liaison :
- Liaison hydrogène : entre atome très éloignés dans la séquence.
- Liaison ionique entre les groupements changés.
- Liaison hydrophobe : entre les radicaux des résidus apolaire (repliement)
- Pont disulfure : Liaison covalente structure haute.
En règle général, les chaînes latérales polaires sont regroupées en surface de la structure
tertiaire et les radicaux hydrophobes sont rejetés vers l’intérieur de la protéine.
4- Structure quaternaire
Seules les protéines oligomériques ont cette structures. Ces sont des protéines formées de
plusieurs chaînes polypeptidiques appelés sous unités ou protomères. Ces protomères
peuvent être identiques ou non. Protéiques ou non et ils sont liés par des liaisons faibles et des
ponts disulfure.
5- Conformation spatiale et rôle biologique
a- Relations
Les protéines ont une fonction qui est due à leur conformation spatiale (conformation native)
b- Agents dénaturants utilisés en laboratoire
La dénaturation d’une protéine est un phénomène qui va rompre uniquement les liaisons qui
permettent de maintenir sa conformation native. Elle est utilisée pour éliminer les protéines ou
pour purifier des protéines.
 Agent dénaturant : La chaleur, UV, radiation ionisante, variation du pH, solvant
organique, détergents.
La dénaturation peut être réversibles ou non réversibles.
II-
Propriétés des protéines
1- Solubilité
La solubilité des protéines est tellement variable qu’une classification en fonction de ce critère
existe. Certaines protéines sont solubles dans l’eau pure. (Ex : Albumine) d’autres sont
solubles qu’en présence de seuls neutre ou lorsque le milieu est légèrement acide ou alcalins.
Enfin d’autres sont insolubles dans ces conditions diverses, ces sont les scléroprotéines.
(Ex : Os).
2- Caractère amphotère et ionisation
Dans une protéine, la plupart des groupements amine ou acide carboxylique des résidus sont
engagés dans des liaisons peptidiques. Cependant les radicaux des résidus sont ionisables ce
qui confère un caractère amphotère au protéine. Selon le pH de la solution, la protéine peut se
retrouver dans 3 états :
Cation <-> Zwitterion <-> Anion
Pro + <->
Pro° <-> Pro –
PHi pour les protéines :
Pepsine : PHi = 1
Hémoglobine PHi = 6,9
La solubilité d’une protéine est minimale à son PHi : cela permet de la faire précipité et de
l’isoler.
3- Pression osmotique
Considérons deux compartiments séparés par une membrane perméable au ion mais
imperméable aux protéines. La présence d’une protéine dans l’un des compartiment provoque
une distribution des ions diffusibles de pare et d’autre de la membrane.
Plus la concentration en protéine est élevée plus la distribution sera inégale.
4- Réactions colorées
Il est possible de doser les protéines par des techniques de colorimétrie.
a-
Méthode du biuret
Le biuret est une molécule qui comporte une liaison CONH :
C’est le produit de la condensation de deux molécules d’urée
Sous l’action de la chaleur, il y a dégagement d’ammoniac
Le Biuret est capable de former un complexe coloré en bleu violet avec le cuivre en milieu
alcalin. Le cuivre et le NaOH (basique) forme le réactif de Gornall. Par l’ajout de réactif de
Gornall, les protéines forment un complexe coloré dont l’intensité de la coloration est
proportionnelle à la concentration en protéine. La réaction ne marche qu’à partir d’un
tripeptide.
b-
Méthode de Lowry
C’est une combinaison entre la réaction du biuret et la réaction de Folin(-Ciocalteu). Ce
dernier réagit avec les tyrosines et les tryptophanes pour donner une coloration qui s’ajoute à
celle du biuret. Cette technique est très sensible on peut détecter jusqu’à 5 à 10 µg de
protéine.
Inconvénients : De nombreuse substance peuvent interférer durant le dosage.
c-
La méthode de Bradford
C’est une méthode basée sur l’adsorption du bleu de comassie sur les protéines provoquant un
transfert de son pic d’adsorption qui passe du rouge au bleu.
C’est une méthode très sensible et très rapide (2,5µg).
Note : L’adsorption se définit par la fixation de la coloration.
d-
Méthode de Kjeldahl
Elle consiste à mesurer la quantité d’azote organique dans un échantillon. Il faut savoir quelle
est la proportion d’azote dans la protéine a analysé.
Inconvénients : l’équipement est complexe et coûteux.
Avantage : Utilisable sur du matériel végétal dont les protéines sont très difficile à
homogénéiser.
e- Propriétés immunologiques
Les anti-corps sont des protéines qui reconnaissent les molécules étrangère au soi et
déclenchent les défense immunitaire qui consiste a éliminé cette molécule étrangère. Les
anticorps sont très utilisés dans les dosages car ils sont capables de détecter une faible quantité
de protéine.
III- Classification des protéines
1- En formation de leur forme
a- Les protéines fibreuses
Encore appelé scléroprotéine, elles sont constitués de fibres ces sont des molécules très
allongées dans laquelle la structure secondaire est primordial. On ne retrouve qu’un seul type
de structure à la fois :
- Hélice alpha : dans la kératine et le collagène.
- Feuillet plissé bêta.
b- Les protéines globulaires
Elles sont aussi appelées sphéro-protéines. Elles sont généralement et facilement solubles. Ce
groupe est constitué d’un grand nombre de protéine : les enzymes, les protéines de transport,
ou les récepteurs. C’est la structure tertiaire ou quaternaire qui définisse ces protéines. Les
albumine ou les globulines.
2- En fonction de leurs composition
On distingue 2 groupes :
-Les holoprotéines : Ne sont constitués uniquement d’acide aminé.
-Les hétéroprotéines : Comporte une à plusieurs chaînes polypeptidiques et une partie non
protéiques (groupement prosthétique) qui est liée de manière covalente.
Les hétéroprotéines constituent une famille hétérogène par la variété des groupements
prothétiques, par le nombre de groupement par protéine et par la liaison qui rattache ces
groupements à la molécule peptidique.
On regroupe dans cette famille :
- Les phosphoprotéines qui comportent un acide phosphorique qui se fixe sur le radicale d’une
sérine d’une thréonine ou de la tyrosine
- La caséine.
Les glycoprotéines : protéine associée de façon covalente a des groupement glucidique,
protéine membranaire, hormone et anticorps.
- Les chromoprotéine sont des protéines colorées dont le groupement prothétique contient un
élément métallique (Fer, Zinc) et de l’hémoglobine.