Structures tridimensionnelles des protines

1. Les protines globulaires

2. Les protines fibreusesA. La kratine - Une hlice d'hlicesB. Le collagne - Un cble trois hlices

Les protines globulaires peuvent avoir un rle structural (par exemple la tubuline constituant les microtubules, ou l'actine G dans les microfilaments d'actine). Cependant, l'oppos des protines fibreuses dont le rle se limite une fonction structurelle, les protines globulaires peuvent se comporter comme:Enzymes, parcatalysede ractions organiques se droulant dans l'organismepar transmission de messages pour rgler des processus biologiques. Cette fonction est assume par des hormones, par exemple l'insulineetc.

L'hmoglobine, un membre de lafamilledes globines.Lesimmunoglobulines(IgA, IgD, IgE, IgG andIgM) et les alpha-, beta- et gamma-globulines.Quasi toutes les enzymes aux fonctions mtaboliquesmajeures ont une forme globulaire.

2 LES PROTEINES FIBREUSESLes protines fibreuses sont des molcules insolubles, trs allonges dont les structures secondaires sont les motifs structuraux dominants

Beaucoup de protines fibreuses, comme celles de la peau, des tendons et des os servent de matriel structural jouant un rle de protection, de connexion ou de soutien

D'autres, les protines musculaires et ciliaires, ont des fonctions motrices, par exemple la myosine des muscles squelettiques, muscles lisses et muscles cardiaques

A. La kratine - une hlice d'hlices

On distingue les kratines , que l'on trouve chez les mammifres, et les kratines chez les oiseaux et les reptiles. Les kratines (> 30 gnes chez les mammifres) appartiennent des familles de protines relativement acides (Types I) ou relativement basiques (Type II)

Protine fibreuse : kratine (cheveux, ongles, cornes)Sous-units = hlices presque de bout en bout ( 310 acides amins)Dimres = 2 sous-units enroules en super-hlice de pas gaucheProtofilamentsMicrofibrilleMacrofibrilleLiaisons disulfure linterface des protofilaments et microfibrilles (rigidit)Maladies hrditaires - par exemple anomalies de squence dans la kratine 14 ou dans la kratine 5 qui altrent l'intgrit de la peau

Dimre protofilament microfibrille macrofibrille cheveu

B. Le collagne- un cable trois hlices

On trouve du collagne chez tous les animaux pluricellulaires. C'est une protine extracellulaire organise en fibres insolubles trs rsistantes la tension

De nombreux types diffrents (une vingtaine)Prsentes dans les os, le tissu conjonctif, les membranes basales, les dents, les cartilages, les tendons, les ligaments, les matrices fibreuses de la peau et des vaisseaux sanguinsI : peau, os tendon, corne, vaisseaux sanguins2 sous-units 1 (type I)1 sous-unit 2 (type I)

II : cartilage, disques intervertbraux3 sous-units 1 (type II)

III: vaisseaux sanguins, peau ftale3 sous-units 1 (type III)

Molcule de collagne :

Btonnet de 300 nm x 1,5 nm Trois chanes = "chanes " hlice ; - hlices pas gauche- 3 rsidus par tour de spire- pas = 0,94 nm; incrment = 0,31 nm- comportant un motif rptitif Gly-X-YX = souvent Pro; Y = souvent Pro ou 4- ou 3-hydroxyprolineou 5-hydroxylysine

a. Le collagne a une structure en triple hlice

Torsades en une "superhlice" pas droittrois chanes dcales d1/3 tour de spireGly occupant le centreliaisons hydrogne entre chanesAux extrmits = lments non hlicodaux intervenant pour guider lassemblage

Le collagne a une composition en acides amins particulire. Prs d'un tiers des rsidus sont des Gly; en outre entre 15 et 30% des rsidus sont Pro et Hyp (4-hydroxyproline). On trouve galement la 3-hydroxyproline et la 5-hydroxylysine (Hyl).

Les rsidus hydroxyls sont sont forms aprs la synthse du collagne quand certains rsidus Pro sont transforms en Hyp par la prolyl hydroxylase.

L'Hyp stabilise le collagne par intermdiare de liaisons hydrogne intramolculaires.

La prolyl hydroxylase ncessite de l'acide ascorbique (vitamine C)

Dans le scorbut, maladie due une dficience en vitamine C, le collagne ne peut former des fibres correctement ce qui entrane des lsions de la peau, une fragilit des vaisseaux sanguins, et des cicatrisations laborieuses

. Le collagne a une structure en triple hliceLa squence est une rptition de triplets Gly-X-Y sur une longueur de 1011 rsidus sur 1042 rsidus. X est souvent Pro et Y est souvent Hyp.

Dans la structure, chaque 3me rsidu de chaque chane polypeptidique passe au centre de la triple hlice, qui se trouve si encombr que seule la Gly peut occuper cette position:

Le N-H de chaque Gly tablit une liaison hydrogne forte avec l'oxygne du carbonyl de d'un rsidu X (pro) d'une chane voisine. Ces liaisons hydrogne intercatnaires contribuent la stabilisation de la structure b. Le collagne est organis en fibrillesL'aspect stri en microscopie lectronique provient de l'arrangement dcal des molcules de collagne:

Modifications post-traductionnelles du collagneHydroxylation de rsidus proline en 3 et 4 hydroxyprolines (prolyl hydroxylase)de rsidus lysine en 5 hydroxylysinestabilisent le collagne = ractions se droulant dans le rticulum endoplasmiquedpendantes de la vitamine C

Dficience en vitamine C = scorbutisme Fragilit capillaire, gingivite, hmorragies sous-priostesConversion de lysine en allysine et pontage entre molcules

Glycosylation de rsidus hydroxylysine (glucose, galactose)

c. Les fibrilles de collagne sont rticules par liaisons covalentesLa lysyl oxydase transforme les rsidus Lys en allysine. Deux aldhydes subissent une condensation aldolique pour donner l'aldol allysine. Ce produit peut ragir avec l'His d'une autre chane polypeptidique pour donner l'aldol His qui son tour peut rgir avec la 5-OHLys d'une autre chane et ainsi, par ractions croises, runir 4 chane latrales

Collagne

Stabilisation- abondance de Pro et de Hydroxyproline(polyproline forme spontanment hlice de pas gauche avec incrment de 0,31 nm et pas de 0,94 nm)- pont hydrogne (entre gly et pro ou hydroxyproline)- pontage intermolculaire - glycosylation

Biosynthse du collagne.Chanes polypeptidiquesProcollagne- Peptides d'extension- TlopeptidesTropocollagnePont pyridinolineFibrille de collagne

d. Des anomalies du collagne sont l'origine de plusieurs maladies chez l'homme

- ostogense imparfaite (mutations dans une des chanes du collagne de type I ou de type III). Par exemple, le remplacement de la Gly centrale par Ala entrane une distortion de la triple hlice et diminue sa temprature de dnaturation de 62C 29C

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