M3S7 Structure des peptides et protéines

Question 1

Quel est l’apport en protéine recommandé ?

Answer 1

Cet apport est de 0,8 à 1 g/kg de poids corporel/jour afin de renouveler les acides aminés utilisés par le corps.

Cela représente 15 à 17 % de l’apport énergétique total journalier

Nutrition : 10-20%

Question 2

Comment les protéines sont elle métabolisées ?

Answer 2

Les protéines sont digérées par des protéases pour donner des acides aminés. Ces derniers sont absorbés par la paroi intestinale pour passer dans le sang portal (veine porte hépatique).

Arrivés au niveau du foie, les hépatocytes sélectionnent les acides aminés d’importance (surtout les essentiels et à chaînes ramifiées).

Ils sont alors soit utilisés sur place (notamment pour bio synthétiser les protéines plasmatiques), soit acheminés vers les cellules périphériques pour leur propre utilisation.

Question 3

A quoi correspond la structure primaire des protéines ? Comment peut on l’étudier ?

Answer 3

Elle correspond à la séquence d’AA, c’est-à-dire à leur enchaînement, codée par l’ordre des nucléotides de l’ADN.

Les acides aminés sont liés entre eux par une liaison peptidique.

Cette liaison covalente résulte de la condensation de 2 AA, entre la fonction acide carboxylique du premier AA et la fonction amine du C alpha du second AA.

Cette séquence peut notamment être étudiée par des méthodes de séquençage.

Elle peut permettre le diagnostic de certaines pathologies dans le cas où une protéine serait inactive.

Question 4

Où et comment se fait la condensation des AA ? Et l’hydrolyse

Answer 4

Au niveau cellulaire, la condensation se fait au niveau des ribosomes grâce à des peptidyl-transférases et nécessite de l’ATP.

L’hydrolyse, elle, n’a pas besoin d’énergie, elle se fait par des peptidases ou sous l’action d’acides (ex : estomac).

Question 5

Comment nomme t-on les 2 extrémités d’un peptide ? Comment nomme t-on un peptide ?

Answer 5

• La partie N terminale (Nterm) du côté de la fonction NH2 ;
• La partie C terminale (Cterm) du côté de la fonction COOH

La séquence d’une protéine est l’ordre des AA qui la compose.

On note les AA en allant du côté Nterm (ou Nt) vers le côté Cterm (ou Ct) et en ajoutant le suffixe –yl sauf pour le dernier AA.
Exemple : CYS-ALA-LEU-LYS = CALK = cystéyl-alanyl-leucyl-lysine.

Question 6

Qu’est ce que la structure secondaire des protéines ? Comment est elle aussi appelée ?

Answer 6

On parle de conformation.

Ce premier niveau d’organisation se fait dans des portions de la protéine grâce à des liaisons hydrogènes.

Question 7

Quels types d’organisation peut on observe lors de la conformation ?

Answer 7

• les hélices α : c’est la structure secondaire la plus courante. C’est une torsion de la séquence d’acides aminés avec 3,6 acides aminés par tour.
• les feuillets b qui sont de deux types :
  – les feuillets b parallèles (les deux parties de la protéine vont dans le même sens) ;
  – les feuillets b antiparallèles (les deux parties de la protéine vont dans des sens opposés).
• Les coudes y : c’est une liaison hydrogène entre le C=O d’un acide aminé et le N-H de l’acide aminé situé 2 positions après

Question 8

Qu’est ce que la structure tertiaire d’une protéine ?

Answer 8

Ce niveau de complexité se fait par des liaisons faibles (seule exception : les ponts disulfures qui sont des liaisons fortes) entre les différentes chaînes latérales des AA.

La structure tertiaire permet donc une conformation complexe de la protéine. C’est seulement à ce niveau que la protéine peut être active.

Question 9

Quelles sont les types de liaison qui maintiennent la structure tertiaire ?

Answer 9

Ça peut être :

• des liaisons covalentes (ex : pont disulfure entre 2 cystéines) ;
• des liaisons électrostatiques (ex : les AA hydrophobes vont s’éloigner du solvant pour faire un cœur hydrophobe à la protéine et les AA hydrophiles vont se placer à l’extérieur de la protéine, au contact du solvant) ;
• des associations avec d’autres éléments (ex : fixation d’un noyau hème dans la myoglobine).

Question 10

Qu’est ce que la structure quaternaire ?

Answer 10

Certaines protéines nécessitent un quatrième niveau de conformation pour devenir actives.

Ce 4e niveau correspond à l’association de plusieurs protéines les unes avec les autres.

Ces protéines sont alors qualifiées d’oligomériques car elles ont plusieurs sous-unités (ex : hémoglobine = protéine composée de 4 sous-unités).

Attention : les protéines composées d’une seule protéine n’ont pas de structure quaternaire (ex : myoglobine).

Question 11

Qu’est ce que l’hémoglobine et qu’est ce que la myoglobine ?

Answer 11

En effet, l’hémoglobine assure le transport de l’O2 à l’intérieur des érythrocytes, entre les poumons et les tissus périphériques.

La myoglobine est une protéine située dans le cytosol des fibres musculaires et est responsable d’un stock d’O2 intramusculaire pour les situations d’hypoxie.

Son affinité pour l’O2 étant beaucoup plus forte que celle de l’hémoglobine, elle diffuse son O2 au muscle uniquement en situation d’hypoxie, donc en manque important d’O2.

Question 12

Quelles sont les similitudes et les différences entre l’hémoglobine et la myoglobine ?

Answer 12

Du point de vue de leur structure, leurs structures primaire, secondaire et tertiaire sont très semblables.

En effet, on y retrouve une globine fixant un noyau pyrolique.

Celui-ci se lie à un ion ferreux Fe2+, capable de se lier à une molécule d’O2.

Cependant, la myoglobine ne possède qu’une seule sous-unité et elle est donc active au niveau de sa structure tertiaire.

L’hémoglobine, elle, a un 4e niveau de conformation : la protéine est en effet composée de 4 sous-unités de globine, portant chacune un noyau pyrolique et un ion Fe2+. Elle est donc capable de se lier à quatre molécules d’O2 à la fois.

Question 13

Quelle est la différence entre un peptide et une protéine ?

Answer 13

• Les peptides :
  Oligopeptides : de 2 à 10 AA.
  Polypeptides : de 11 à 100 AA.
• Les protéines : à partir de 101 AA.

Question 14

Quelles catégories nous permettent de classer les protéines selon leur la conformation tertiaire ? Exemple

Answer 14

• Les protéines fibreuses : elles sont de forme allongée, souvent peu solubles dans l’eau, avec un rôle mécanique comme le collagène (qui donne la forme et la souplesse aux tissus conjonctifs) ou la kératine (qui donne la rigidité de la peau). Elles sont surtout composées d’hélices α.
• Les protéines globulaires : elles sont de forme sphérique, souvent solubles dans l’eau avec des fonctions très variables comme les enzymes (catalyseurs biochimiques) ou de transport comme l’albumine (principale protéine plasmatique).

Question 15

Quelles sont catégories qui nous permettent de classer les protéines selon leur composition ?

Answer 15

Les holoprotéines : elles sont composées exclusivement d’acides aminés.

Les hétéroprotéines : ce sont des protéines auxquelles est fixée une partie non protéique.
La partie protéique est alors appelée « apoprotéine » et la partie non protéique est appelée « groupement prosthétique ». En fonction de la composition de ce groupement

Question 16

Quels type d’hétéroprotéine distingue t-on ?

Answer 16

• les glycoprotéines
• les lipoprotéines
• les métalloprotéines
• les phosphoprotéines
• les chromoprotéines
• les nucléoprotéines

Question 17

Qu’est ce qu’une glycoprotéine ? Exemples

Answer 17

C’est un résidu glucidique qui est fixé à une protéine comme les antigènes du système HLA (ex : enzyme de reconnaissance du groupe sanguin) ou certaines hormones comme la FSH régulant les hormones sexuelles ;

Question 18

Qu’est ce qu’une lipoprotéine ? Exemple

Answer 18

Un lipide associé à une protéine.

Cela permet souvent le transport des lipides (ex : les LDL et HDL transportant notamment le cholestérol) ;

Question 19

Qu’est ce qu’une métalloprotéine ? Exemple

Answer 19

Dans lesquelles est fixé un métal (ex : le magnésium sur de nombreuses enzymes utilisant de l’ATP en coenzyme)

Question 20

Qu’est ce qu’une phosphoprotéine ? Comment est elle obtenue ?

Answer 20

Protéine dans lesquelles des chaînes latérales d’AA sont estérifiées par un phosphate inorganique.

Cela se fait grâce à des protéines kinases. C’est souvent un moyen d’activer ou d’inactiver les protéines.

Ajouter un phosphate est également souvent la 1re étape d’un processus métabolique plus complexe : par exemple ajout d’un phosphate à la carbamyl avant d’intégrer le cycle de l’urée ;

Question 21

Qu’est ce qu’une chromoprotéine ?

Answer 21

Elles contiennent un pigment coloré (ex : le groupement hème donne une couleur rouge à l’hémoglobine, qui est dégradée par le foie sous forme de bilirubine que l’on retrouve dans la bile et qui donne la couleur marron des selles) ;

Question 22

Qu’est ce qu’une nucléoprotéine ?

Answer 22

C’est l’ajout d’un acide nucléique à une protéine ; c’est notamment le cas de la chromatine qui est constituée d’ADN et de protéines histones ou de l’ATP contenant une base azotée.

Question 23

Quelles sont les catégories qui nous permettent de classer les protéines selon leur rôle biologique ?

Answer 23

• Enzymes
• Protéines de structure
• Protéines de défense
• protéines régulatrices
• protéines de transport
• protéines contractiles

Question 24

Qu’est ce qu’une enzyme ?

Answer 24

Ce sont des catalyseurs biochimiques de nature protéique.

Ce sont souvent des hétéroprotéines car elles ont besoin de coenzymes pour fonctionner.

Elles permettent d’accélérer des réactions chimiques.

Question 25

Qu’est ce qu’une protéine de structure ? Exemple

Answer 25

Elles participent à la structure de l’organisme (peau, cheveux, muscles) comme le collagène ou l’actine (dans les fibres musculaires).

Question 26

Qu’est ce qu’une protéine de défense ? Exemple

Answer 26

Ce sont les protéines agissant avec le système immunitaire comme les anticorps (libérés par des lymphocytes B) ou protéines de l’inflammation (excrétées par le foie).

Question 27

Qu’est ce qu’une protéine de régulatrice ? Exemple

Answer 27

Ce sont notamment les hormones peptidiques (insuline, glucagon) ou des protéines hépatiques (protéines plasmatiques, IGF-1, HDL, LDL) ;

Question 28

Qu’est ce qu’une protéine de transport ?

Answer 28

C’est notamment l’albumine que l’on retrouve dans le plasma et qui permet de transporter de nombreuses substances, ou l’hémoglobine qui assure le transport de l’oxygène ;

Question 29

Qu’est ce qu’une protéine contractile ?

Answer 29

Elles permettent un mouvement de l’organisme entier ou d’un petit élément.

Ce sont l’actine et la myosine.

Question 30

Quelles sont les catégories qui nous permettent de classer les protéines selon leur solubilité ?

Answer 30

• les albumines : solubles dans l’eau ;
• les globulines : solubles dans un milieu aqueux, légèrement acide ou alcalin ou contenant de faibles quantités de sels neutres ;
• les scléroprotéines (kératines, collagènes) : insolubles dans tout milieu aqueux.

Question 31

Qu’est ce que la protéogénèse ? Quelle est la structure et l’enzyme responsable de cette fonction ?

Answer 31

C’est la biosynthèse de protéines, phénomène anabolique.

Elle se déroule au niveau des ribosomes du réticulum endoplasmique granuleux.

Les acides aminés sont assemblés grâce à la peptidyl-transférase (lors de la traduction).

La protéine formée intègre alors les saccules du réticulum endoplasmique et du système de Golgi, où elle prendra sa conformation secondaire, tertiaire puis quaternaire

Question 32

Qu’est ce que la protéolyse ? Quand se produit elle ?

Answer 32

Un phénomène catabolique. C’est l’hydrolyse des protéines et des peptides en acides aminés.

Elle se produit à deux moments clés dans l’organisme humain :

• à l’intérieur du tube digestif : les protéases des sucs digestifs (comme la pepsine gastrique) hydrolysent les protéines alimentaires pour donner des acides aminés libres pouvant être absorbés ;
• au sein des cellules de l’organisme : le protéasome est un complexe enzymatique hydrolysant les protéines de l’organisme pour libérer des acides aminés dans le sang. Cela permet de renouveler les protéines cellulaires et de fournir des acides aminés libres.

Question 33

Quelle est l’influence du pH sur les protéines ?

Answer 33

Les protéines ont une certaine solubilité. Cela va dépendre du solvant et du pH.

En effet, selon le pH dans lequel on place une protéine, les AA peuvent changer de forme (pKr, pHi…), c’est alors toute la protéine qui peut être modifiée.

Le pH va donc changer la charge globale de la protéine.

On peut définir un pH isoélectrique d’une protéine lorsque toutes les charges des AA s’annulent.

On utilisera cette propriété pour séparer les protéines par électrophorèse (avec une charge + et une charge -).

Question 34

Qu’est ce que la dénaturation d’une protéine ?

Answer 34

Elles perdent leur conformation normale.
Elles deviennent alors inactives.

Les sous-unités se détachent et les structures secondaires et tertiaires sont désorganisées.

Ce sont les liaisons de faible énergie qui sont désorganisées.

Selon la force de l’agent dénaturant, cette désorganisation et inactivation peuvent être irréversibles ou non.

Question 35

Quels types d’agents dénaturants existe t-il ?

Answer 35

• Le pH
• La chaleur
• Détergents

Question 36

Comment le pH peut il dénaturer les protéines ?

Answer 36

Des pH extrêmes (acide ou basique) dénaturent les protéines en perturbant les liaisons ioniques. Cela se fait notamment dans l’estomac où le pH est entre 2 et 5 selon le moment de la digestion. Cela permet de « dérouler » les brins de protéines afin que les enzymes digestives soient plus efficaces.

Question 37

Comment la température peut elle dénaturée les protéines ?

Answer 37

Une élévation de la température perturbe les liaisons hydrogènes et coagule les protéines, c’est-à-dire les fige (les « solidifient ») dans l’espace.

C’est notamment ce que l’on observe durant la cuisson d’un œuf : à froid il est translucide et fluide, après cuisson il est blanc opaque et plus solide.

La plupart des protéines sont dénaturées au-delà de 45 °C.

D’où une régulation de la température corporelle qui ne doit pas dépasser
41- 42 °C même dans des situations pathologiques.

Question 38

Comment les détergent peuvent il dénaturer les protéines ?

Answer 38

De nombreux détergents dénaturent les protéines, c’est-à-dire qu’ils altèrent les liaisons (covalentes, ionique ou hydrogène) au sein de la protéine : le mercaptoéthanol lui coupe les ponts disulfures et de nombreux produits ménagers altèrent les liaisons hydrogènes et ioniques des protéines.

Question 39

Qu’est ce que la méthode de Sanger (ou arylation) ?

Answer 39

Elle utilise certains détergents qui hydrolysent toutes les liaisons peptidiques sauf celle du côté N Terminal. On peut alors spécifiquement identifier le premier acide aminé de la séquence par chromatographie.

Question 40

Qu’est ce que la méthode d’Edman (ou arylation) ?

Answer 40

Elle utilise le PITC (phénylisothiocyanate), permet également d’identifier l’AA en Nterm, mais en conservant le reste de la molécule intacte.

On peut alors effectuer l’analyse du nouvel AA en Nterm, l’identifier et avoir ainsi l’AA numéro 2.

La réaction peut être reproduite sur toute la chaîne protéique afin d’avoir la séquence dans son intégralité.

Question 41

Qu’est ce que les catécholamines ?

Answer 41

Les catécholamines regroupent une famille de molécules dérivant de l’acide aminé tyrosine.

Ce sont des monoamines.

Ces molécules peuvent être des neurotransmetteurs (si elles sont libérées au niveau neuronal) ou des hormones (si elles sont libérées dans le sang).

On y retrouve notamment l’adrénaline, la noradrénaline et la dopamine.

Question 42

Qu’est ce que l’adrénaline ?

Answer 42

L’adrénaline est la molécule la plus importante de ce groupe, notamment dans ses actions physiologiques.

L’adrénaline est libérée en réponse à des situations de stress et elle a des effets divers : mobilisation des réserves énergétiques, stimulation du système cardio-vasculaire et respiratoire, diminution du péristaltisme intestinal, etc.

Question 43

Comment produit on de l’adrénaline ?

Answer 43

Tyrosine
|Tyrosine hydroxylase
V
L DOPA
|DOPA décarboxylase
V
Dopamine
| β Dopamine β-hydroxylase
V
Noradrénaline
| Phenethanolamine
V N- methyltransférase

Adrénaline

Question 44

Qu’est ce que les hormones thyroïdiennes ? Quel est leur rôle ?

Answer 44

La thyroïde libère deux hormones peptidiques dérivant également de la tyrosine.

La différence entre ces deux molécules est au niveau de l’iode fixé sur ces molécules :

• la T3 porte trois iodes et prend le nom de tri-iodothyronine,
• la T4 en porte quatre (tétraiodothyronine appelée thyroxine).

La T3 est beaucoup plus active que la T4.

Ces hormones stimulent notamment le métabolisme, la croissance, le développement cellulaire et la thermogénèse.

Les deux hormones sont toutes les deux libérées dans le sang.

Une fois libérée, la T4 peut être transformée en T3 (désiodase) par les cellules cibles selon leurs besoins et ainsi optimiser l’action de l’hormone

Question 45

Comment est produite l’insuline ?

Answer 45

A l’intérieur de la cellule, il est d’abord synthétisé sous forme d’une pré-pro-hormone.

Cette molécule va d’abord former trois ponts disulfures intrapeptidiques pour donner la pro-insuline.

Une endopeptidase coupera cette molécule en deux points pour libérer d’une part le peptide C, et d’autre part l’insuline active.

C’est ainsi que l’insuline sera constituée de 2 chaînes peptidiques reliées par des ponts disulfures.

L’ensemble de ces modifications se font au niveau du réticulum endoplasmique granuleux puis du Golgi afin que les vésicules golgiennes contiennent l’insuline active.

Question 46

Qu’est ce que l’insuline ?

Answer 46

C’est un polypeptide sécrété par le pancréas endocrine.

C’est une hormone hypoglycémiante, c’est-à-dire qu’elle permet de diminuer la glycémie.

Question 47

Qu’est ce qu’une immunoglobuline ?

Answer 47

Une famille de glycoprotéines qui se fixent à des membranes cellulaires et restent solubles dans le plasma.

Elles jouent un rôle essentiel dans la fonction immunitaire. On les appelle également « anticorps » et elles sont notées Ig.

Question 48

Qu’est ce qu’une immunoglobuline G ? Quel est son rôle quelle est sa structure ?

Answer 48

Ce sont les anticorps circulants majoritaires.

Elles sont produites pour reconnaître des antigènes, c’est-à-dire des molécules ou des cellules étrangères à l’organisme.

Il en existe différents types.

En effet, ces glycoprotéines portent une région fixe (pour fixer les éléments du système immunitaire) et une région variable pour reconnaître et fixer les antigènes.

Elles sont composées de 4 sous-unités protéiques reliées par des ponts disulfures.