Protéine

Définition

Étymologie

Les protéines furent découvertes par le chimiste hollandais Gerhard Mulder (1802-1880). Le terme protéine vient du grec prôtos qui signifie premier, essentiel. Ceci fait probablement référence au fait que les protéines sont indispensable à la vie et qu'elles constituent un souvent la part majoritaire du poids sec des cellules. Une autre théorie, moins probable, voudrait que protéine fasse référence au dieu grec Protée qui pouvait changer de forme à volonté. Les protéines adoptent en effet de multiples formes et assurent de multiples fonctions. Mais ceci ne fut découvert que bien plus tard, au cours du XX^è siècle.

Composition

Une protéine, parfois appelée protide Remarque : Protide désigne aussi une des espèces du protium, une forme d’hydrogène. Voir source: publications IUPAC 2001 , est une macromolécule composée par une chaine (ou séquence) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de protéine lorsque la chaîne contient plus de 100 acides aminés. Dans le cas contraire, on parle de peptides et de polypeptides. Cet usage tend à disparaître au profit du terme petite protéine. L'enchaînement des acides aminés est codé par le génome et constitue la structure primaire.

Fonction

Les protéines remplissent des fonction très diverse dans l'organisme :

elles transporte d'autres molécules comme l'hémoglobine qui transporte l'oxygène des poumons aux organes (voir figure 1)
elles jouent le rôle d'hormone et transmettent des messages a travers l'organisme, comme l'insuline
elles donnent une forme aux cellules lorsqu'elles forment le cytosquelette et leur permettent de se mouvoir lorsqu'elles forment un flagelle
etc

La fonction des protéines est conférées par leur structure tridimensionnelle aussi appelée structure tertiaire ou structure 3D., 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 de la mesure de la dynamique des protéines sont importantes et constitue un champ de recherche très actif. En particulier, de nombreux chercheurs travaillent sur des méthodes de détermination de la structure 3D a partir de la séquence.

Synthèse

Les protéines sont assemblés à partir des acides aminés en fonction de l'information présente dans les gènes. Leur synthèse se fait en deux étapes :

la transcription où l'ADN codant le gène associé à la protéine est transcrit en ARN messager
la traduction où l'ARN messager est traduit en protéine en fonction du code génétique

L'assemblage d'une protéine se fait donc acide aminé par acide aminé de son extrémité N-terminale à sont extréminté C-terminale. Il faut également bien noter qu'un gène n'est pas forcément associé à une seule protéine mais bien souvent à plusieurs.

Classification des protéines selon la fonction

Chaque protéine remplit en général une seule fonction. Ces fonctions peuvent être répartient 6 grand groupes.

Catalyse

Certaines protéines sont des catalyseurs de réactions chimiques : elles permettent à des réactions chimiques de se dérouler rapidement dans les conditions de température et de pression conformes à la vie. Ces protéines sont alors appelées enzymes. Par exemple, la dégradation du glucose en vue d'extraire l'énergie contenue dans cette molécule, se fait par l'action combinée d'une dizaine d'enzymes dans une voie métabolique appelée glycolyse. Un morceau de sucre laissé sur une table à une probabilité infinitésimale de se décomposer en gaz carbonique et eau, on peut accélérer cette réaction en chauffant fortement le sucre. Soumis à l'action des enzymes glycolytiques, cette réaction ne prend que quelques secondes à 37C et à une pression de 1 atmosphère.

Les maladie métabolique surviennent lorsque l'une des enzymes d'une voie métabolique est mutée et possède une fonctionnalité différente de la normale.

Structuration des cellules

La forme des cellules et des tissus ainsi que leur résistance aux contraintes physiques est procurée par les protéines de structure, comme le collagène ou les protéines du cytosquelette.

Mouvement des cellules

Les protéines contractiles omposant le muscle, actine et myosine, sont à l'origine des mouvements cellulaires. Les protéines sont aussi constitutives des flagelles de locomotion des spermatozoïdes et de certaines bactéries.

Communication inter et intracellulaire

La communication intercellulaire est d'une importance cruciale pour le développement et le fonctionnement coordonné de l'organisme. On retrouve des protéines ayant une fonction de récepteur aux hormones. Dans le cas d'hormones hydrophiles (ne pouvant traverser la membrane cellulaire), le récepteur est une protéine membranaire intégrée dans la membrane et ayant un site de fixation du coté exterieur à la cellule, tandis que sa partie intracellulaire permet de transmettre l'information convoyée par l'hormone. Dans le cas d'hormones lipophiles, donc traversant librement la membrane, comme par exemple les œstrogènes, la protéine récepteur est cytosolique. La fixation induit un changement de conformation du récepteur (sa structure tridimensionnelle est modifée), lui permettant alors de se fixer à sa cible effectrice, qui dans le cas de l'œstrogène est une séquence d'ADN.

Toute une série de protéines permettent de convoyer l'information depuis l'origine jusqu'à la cible finale. Ce sont les enzymes de signalisation cellulaire. L'un des mécanismes les plus souvent rencontré est la phosphorylation de cibles effectuées par un groupe de protéines appelé protéines kinases. La déphosphorylation, tout aussi importante, est le fait de phosphatases.

Immunité

Les immunoglobulines qui permettent de reconnaitre le soi du non-soi sont des protéines ; elles sont souvent appelés anticorps. On estime à plusieurs milliards le nombre d'immunoglobulines différentes, chacune synthétisée par une cellule différente (clone), appelée lymphocyte B. Au cours de la vaccination, un lymphocyte B reconnait l'antigène introduit et se multiplie par mitoses, multipliant ainsi le nombre de sites de fabrication de l'anticorp.

Transport

Plusieurs protéines possèdent une fonction de transport : l'hémoglobine pour le transport du dioxygène, la transferrine pour le transport du fer. Un autre type de trasnport est assuré par les canaux ioniques. Ils permettent le transport d'ions à travers la membrane cellulaire, qui leur est autrement imperméable. Ces canaux sont à l'origine des activités électriques mesurées dans le cerveau et assurent la contraction du muscle. Ils sont aussi à l'origine de la filtration du sang au niveau du rein et de la réabsorption des ions contenus dans l'urine primitive, qui est le sang dépourvu des éléments figurés (cellules). Un autre type de transport transmembranaire est assurée par les transporteurs, qui, au contraire des canaux ioniques, nécéssitent un apport énergétique pour remplir leur fonction. Les transport d'électrons sont assurés par les enzymes de la respiration cellulaire et de la photosynthèse.

Supports moléculaires du phénotype

Liens entre génotype et phénotype

Le plan de fabrication des protéines est détenu par les gènes. Les allèles d’un gène diffèrent par leur séquence de nucléotides. Cette différence entraîne la synthèse de protéines légèrement différentes. Cela est responsable de phénotypes modifiés. Les protéines sont le lien entre génotype et phénotype.

Protéine et alimentation humaine

Dans l'alimentation, les protéines sont désagrégés pendant la digestion, qui débute dans l'estomac. C'est là que les protéines sont hydrolysés en protéoses et polypeptides pour fournir des acides aminés pour l'organisme, y compris ceux 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 toute les protéines sont absorbées quand elles arrivent dans le jéjunum et seulement 1% des protéines ingérées se retrouvent dans les fèces. Certains acides aminés restent dans les céllules épithéliales et sont utilisés pour la synthèse de nouvelles protéines, y compris certaines protéines intestinales, constemment digérées, recyclées et absorbées par l'intestin grèle.

Famille de protéine

Au cours de l'évolution, les accumulations de mutations ont fait diverger les gènes. 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. On regroupe les protéines selon leur homologie de séquence. On peut aussi regrouper des familles de domaines protéiques, parties de protéine capables d'assurer une fonction de manière autonome. Selon la théorie des gènes mosaïques, l'existence de protéines à plusieurs domaines est le résultat de la recombinaison en gène unique de plusieurs gènes originellement individués.

Un groupe de protéines à séquence similaire et fonction identique est dit isoforme. Les isoformes peuvent être le résultat de l'épissage alternatif d'un même gène, ou bien de l'expression de plusieurs gènes homologues.

Voir aussi

Références et notes

Lien externe

Protéine Images
Projet Predictor Un logiciel de calcul partage qui utilise la plateforme BOINC, pour etudier le repliement des proteines.