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Les acides aminés Il existe ~500 acides aminés (a.a.) dans la nature, mais les protéines ne sont élaborées qu’à partir de 20 a.a. différents, ce sont les 20 a.a. protéiques (21 si on inclut une variante de la cystéine). Nous avons déjà vu l'a.a. glutamine qui entre dans la composition de la chitine;...

Les acides aminés Il existe ~500 acides aminés (a.a.) dans la nature, mais les protéines ne sont élaborées qu’à partir de 20 a.a. différents, ce sont les 20 a.a. protéiques (21 si on inclut une variante de la cystéine). Nous avons déjà vu l'a.a. glutamine qui entre dans la composition de la chitine; elle entre aussi dans la composition des protéines. Nous verrons plus tard des exemples d’a.a. non protéiques. Chaque a.a. protéique est désigné par un nom, une abréviation à trois lettres (généralement les trois premières lettres, mais pas toujours) et un symbole à une lettre. Le tableau ci-bas, qui n’est pas à apprendre, mais qui peut vous servir de référence, présente par ordre alphabétique, les 20 a.a. protéiques. Chez l’humain, les 9 a.a. protéiques surlignés dans le tableau sont dits essentiels, parce qu’ils ne sont pas synthétisés par l’organisme sain ou le sont en quantité insuffisante. Il nous faut donc les chercher dans l’alimentation. Tous les a.a. comprennent chacun 5 parties, dont 4 sont communes à tous: un atome de carbone, au cœur, lié par liaisons covalentes simples à quatre groupes différents qui rendent la molécule asymétrique; leur organisation autour du C évoque un trèfle à quatre feuilles; un groupement amine, NH2 (aminé = azoté); un groupement carboxyle, COOH, opposé au groupement amine; un atome d’hydrogène, H; une chaîne latérale ou radical, R, opposée à l’atome d’hydrogène, est spécifique à chaque a.a. Formule de base d'un acide aminé Une protéine consiste en une chaîne contenant suffisamment d’a.a. pour acquérir une structure tridimensionnelle (plusieurs dizaines ou des centaines d’a.a.). Telle chaîne se qualifie de polypeptide. Il existe des chaînes peptidiques moins longues (une ou quelques dizaine/s d’a.a.), non qualifiées de polypeptidiques, ne possédant pas de structure tertiaire (ou même secondaire). On appelle ces courtes chaînes peptidiques des peptides. En réalité, toute protéine est un peptide, mais tout peptide n’est pas une protéine. La chaîne polypeptidique Pour former une chaîne polypeptidique les a.a. sont liés entre eux suivant une condensation puis une liaison covalente (forte). Pour ce faire le groupement carboxyle COOH d’un a.a. perd son OH et le groupement amine NH2 de l’a.a. voisin perd un H, libérant ainsi une molécule d’eau H2O. On parle alors de résidus d’a.a. quand ils ont perdu ces atomes. Il s’ensuit une liaison covalente entre le C du COOH de l’a.a. qui a perdu OH et le N de l’a.a. qui a perdu un H de NH2. Cette liaison, appelée liaison peptidique, est catalysée par l’enzyme peptidyltransférase. Des liaisons peptidiques s’effectuent entre un nombre plus ou moins grand d’a.a., selon la protéine. La chaîne ainsi créée a inévitablement une polarité puisqu’elle possède une extrémité NH2, du premier a.a. de la chaîne, et une extrémité COOH, du dernier. Par convention, les chaînes polypeptidiques s’écrivent et s’illustrent en plaçant l’extrémité NH2 à gauche et l’extrémité COOH à droite. Polarité d'une chaîne peptidique La structure des protéines On décrit la structure des protéines en trois niveaux: primaire, secondaire et tertiaire. Les structures secondaire et tertiaire découlent de la structure primaire. Les repliements des chaînes polypeptidiques confèrent aux protéines leur structure tridimensionnelle, ou conformation. Les protéines composées de plus d’une chaîne polypeptidique acquièrent en plus une structure quaternaire. Conformation des protéines Structure primaire La structure primaire est la composition en a.a.: quels a.a. sont reliés entre eux par des liaisons peptidiques covalentes pour former la chaîne polypeptidique, leur nombre et leur séquence exacte du début de la chaîne (extrémité NH2) à sa fin (extrémité COOH). La structure primaire est déterminée génétiquement, par l’ADN, comme nous verrons bientôt. Pour reprendre l’analogie du langage, l’ordre des a.a. dans un polypeptide est aussi important que l’ordre des lettres dans un mot: chien et niche contiennent les mêmes 5 lettres mais, selon leur séquence, ces lettres produisent deux mots à signification différente: l’animal ou sa maison (on peut aussi composer le mot Chine avec les mêmes lettres). L'ordre des acides aminés dans une protéine est aussi important que les lettres dans un mot: ordre des lettres: CHIEN (animal) & NICHE (sa maison); perte d'une lettre​: COQUILLE sans Q devient COUILLE; substitution d’une lettre​: MÉLANINE (hormone) & MÉLAMINE (résine); substitution d'une lettre: revoir AMYLOSE & AMYLASE. La substitution d’un a.a. par un autre peut avoir de lourdes conséquences, tel qu’illustré par l’anémie à hématies falciformes (globules rouges du sang en forme de faucille) ou drépanocytose. L’hémoglobine est une protéine des globules rouges (érythrocytes ou hématies) comprenant 4 chaînes polypeptidiques: 2 chaînes α et 2 chaînes β. La substitution d’un seul a.a. sur ses chaînes β qui en contiennent pourtant chacune 146, le 6e a.a. (le glutamate polaire remplacé par une valine non polaire), cause la déformation des érythrocytes et l’anémie. L'hémoglobine comprend 2 chaînes α et 2 chaînes β Structure secondaire La structure secondaire consiste en repliements de la chaîne polypeptidique en une configuration qui se répète plusieurs fois dans la molécule et qui est retrouvée chez plusieurs protéines. Elle découle des nombreuses liaisons hydrogène qu’établissent les résidus d’a.a. entre eux: entre le H du groupement amine NH2 (qui a déjà perdu un H en établissant la liaison peptidique) d’un résidu et le O du groupement carboxyle COOH (qui a déjà perdu OH dans la liaison peptidique) d'un autre résidu. Ces liaisons hydrogène augmentent la stabilité de la protéine. On observe deux grands types de structure secondaire dans les protéines, la structure hélicoïdale et celle en feuillet plissé. Hélice α Une liaison H se crée à tous les 4 résidus d’a.a., faisant que la chaîne polypeptidique prend la forme d’une hélice. Une protéine ayant cette configuration a une structure résistante, est insoluble dans l'eau et de dureté et de flexibilité variables, telle l’α-kératine des cheveux et des ongles. Feuillet plissé β Plusieurs séquences d’a.a. disposées côte à côte, soit de façon parallèle, soit de façon antiparallèle, établissent des liaisons H, donnant à une partie du polypeptide un aspect de feuillet replié en accordéon qui stabilise la molécule. Il en résulte des filaments mous et flexibles, comme la β-kératine des toiles d’araignées. L’hélice α et le feuillet β peuvent se retrouver dans une même protéine; nous en verrons des exemples. Par ailleurs, certaines protéines sont disparates, ne montrant ni l’une ni l’autre de ces configurations. Structure tertiaire La structure tertiaire résulte des repliements additionnels de la chaîne d’a.a. et donne sa forme finale à la protéine qui ne contient qu’une chaîne. Ces repliements s’expliquent par l’existence de liaisons H (faibles), liaisons ioniques (moins faibles) et liaisons covalentes (fortes) entre les chaînes latérales (R) de deux résidus d’a.a. qui se font face dans deux segments parallèles de la chaîne. Les liaisons covalentes consistent en ponts disulfides S-S établis entre deux cystéines. Elles sont importantes pour le maintien de la structure tertiaire, qui consolide la protéine, et pour les propriétés de celle-ci. Un effet hydrophobe peut aussi causer des repliements lorsque des radicaux hydrophobes se font face en se cachant du milieu aqueux. La dénaturation d’une protéine consiste en la perte plus ou moins irréversible de sa structure tertiaire et peut être causée par la chaleur, l’urée, les métaux lourds, des fixateurs tel le formol, etc. Prenons comme exemple l'effet de la température sur l'albumine du blanc d'œuf. Par ailleurs, une altération légère et réversible de sa structure tertiaire peut résulter en la modification de son site actif et servir à contrôler son activité. Un exemple: la fixation d’une molécule tel un médicament ailleurs que sur le site actif d’une protéine pourrait modifier ce dernier et ainsi affecter la fonction de la protéine. Structure quaternaire Les protéines composées de plus d’une chaîne polypeptidique possèdent un niveau structural additionnel qui résulte de l’association de ses chaînes, via des liaisons H. Cette configuration s’avère nécessaire pour que la protéine soit fonctionnelle. L’exemple classique est l’hémoglobine, à 4 chaînes: 2 chaînes α de 141 a.a. chacune et 2 chaînes β de 146 a.a. chacune. Attention, ici α et β ne réfèrent pas à la structure secondaire, mais plutôt à la nomenclature des chaînes. Les fonctions des protéines Les protéines constituent environ 50% du poids sec des cellules et participent à presque toutes les fonctions biologiques: structurale enzymatique immunologique signalisation réserve nutritive La conformation d’une protéine et sa capacité à reconnaître et à se lier à une autre molécule grâce à son site actif sont importantes pour sa fonction. Fonction structurale Cette fonction présente plusieurs facettes sur lesquelles nous reviendrons. Mentionnons ici que: Des protéines constituent le cytosquelette, en formant des structures filamenteuses ou tubulaires qui confèrent aux cellules leur forme particulière et permettent les mouvements cellulaires. Par exemple: la tubuline et l’actine que nous verrons plus tard. Les cellules voisines, notamment dans les épithéliums, sont attachées les unes aux autres par des jonctions d’adhérence grâce à des protéines membranaires qui traversent l’espace intercellulaire et s’ancrent à la cellule voisine. Le tissu conjonctif, qui remplit les espaces entre les organes ou entre les tissus ou les groupes cellulaires dans les organes, est composé de cellules appelées fibroblastes qui sécrètent une grande quantité de protéines, surtout du collagène et de l’élastine, qui forment les fibres conjonctives. Fonction enzymatique Les molécules organiques étant très stables, il faut des catalyseurs pour faciliter leurs réactions chimiques d'anabolisme et de catabolisme, et ces catalyseurs sont des protéines appelées enzymes. Une fois la réaction terminée, l’enzyme se retrouve intacte et peut servir à nouveau. Par exemple, au chapitre sur les glucides, nous avons vu l’amylase, enzyme qui dégrade l’amidon en maltose. Nous verrons plusieurs autres exemples. Les réactions enzymatiques sont spécifiques parce que le site actif de l’enzyme se lie à un substrat très spécifique. La spécificité est la propriété la plus importante des enzymes; on peut la comparer à la spécificité entre une clé et une serrure. Une réaction enzymatique peut être inhibée si une substance compétitive (au lieu du substrat spécifique) occupe le site actif, c’est l’inhibition compétitive. Une réaction enzymatique peut aussi être inhibée si une substance se lie ailleurs sur l’enzyme et entraîne la déformation du site actif au point que le substrat ne peut plus s’y lier, c’est l’inhibition non compétitive. Fonction immunologique En réponse aux substances étrangères, ou antigènes, auxquelles ils sont exposés, les organismes réagissent (par leur système immunitaire) en produisant des anticorps qui attaquent les antigènes. Les anticorps sont des protéines de la grande famille des immunoglobulines. Un anticorps est spécifique à son antigène. Fonction de signalisation La fonction de signalisation présente, elle aussi, plusieurs facettes: Les récepteurs membranaires sont des glycoprotéines ancrées dans la membrane plasmique qui agissent comme récepteurs d’hormones, de neurotransmetteurs et d'autres substances. Ils peuvent servir lors de l’endocytose, soit la capture de substances externes par une cellule, étudiée plus tard. Les cellules voisines d’un tissu ne font pas qu’établir des jonctions structurales, elles peuvent établir des jonctions de communication grâce à certaines protéines membranaires qui élaborent des ponts entre elles (gap junctions, jonctions gap), permettant le passage de petites molécules d’une cellule à l’autre. Des pores membranaires peuvent aussi assurer le passage de substances entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Nous en verrons des exemples plus tard. Les hormones, protéines hydrosolubles, sécrétées par un organe (tel une glande) agissent sur un autre organe. Les cellules de l’organe cible doivent posséder des récepteurs membranaires spécifiques à l’hormone. Exemple: l’insuline sécrétée par le pancréas gagne la circulation sanguine et se dirige vers de multiples cibles, en particulier le foie et les muscles squelettiques, où elle favorise la capture du glucose sanguin. Il en résulte une diminution de la teneur en glucose du sang. Dans les organes cibles, le glucose est converti en glycogène. On se rapelle que les hormones ne sont pas toutes des peptides  hydrosolubles; nous avons vu précédemment des hormones lipidiques (stéroïdes) hydrophobes. Fonction de mise en réserve d'acides aminés Chez plusieurs groupes d'animaux (notamment les insectes et les oiseaux), le vitellus (jaune d’œuf) est emmagasiné par les ovocytes (gamètes femelles) durant leur formation. Ce vitellus est riche en a.a. et en protéines, entre autres, comme réserve nutritive de l'embryon.