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Les protéines
50% du poids sec de la plupart des cellules = protéines
Remplissent de nombreuses fonctions
Molécules les plus variées
Protéines = polymères d'acides aminés
Il y a 20 sortes différentes d'acides aminés
Basiques
Non polaire
Polaire non chargé
Acides
Exemples :
• Milieu plus acides = majorité d’ac.a acide• Milieu plus basique = majorité d’ac;a
basiques• Une protéine présente dans la membrane
plasmique possédera des acides aminés non polaire au niveau des la membrane et des acides aminés polaire dans les parties au contact des milieux aqueux intra et extra cellulaires.
• Une protéine circulante aura plutôt des acides aminés polaire non chargés et des acides aminés basiques et acides ( polaires chargés ) à l’extérieur car hydrophile et des acides aminés hydrophobes apolaires regroupés l’intérieur.
Liaison peptidique:
Chaîne : Lys-ala-ile-thr
La maturation des protéines
• Lieu : Appareil de golgi et Réticulum endoplasmique.
• Passage de la structure primaire à une structure en 3D ( tridimensionnelle ).
A. Acquisition de la structure 3D
La structure primaire des protéines
Ex. le lysosyme :
129 acides aminés
1er acide aminé (Lysine)
129e acide aminé (Leucine)
Structure primaire de la protéine = ordre dans lequel sont placés les acides aminés.
Extrémité NH2 ( trans )
Extrémité -COOH (Cys)
La protéine assemblée se replie pour former une structure tridimensionnelle précise:
Certaines parties de la chaînes d'acides aminés adoptent une structure régulière appelée structure secondaire. On reconnaît deux grands types de structure secondaire :
L'hélice alphaDans la structure dite en hélice alpha, la chaîne d'acides aminés prend
la forme d'un tire-bouchon.
Les différentes spires sont stabilisées par des liaisons hydrogène.
Le feuillet bêtaDans un feuillet bêta, il se forme des liaisons hydrogène entre certains segments
de la chaîne disposés parallèlement les uns par rapport aux autres.
L'ensemble forme comme une membrane plissée.
Certaines parties de la chaîne d'acides aminés adoptent une structure régulière appelée structure secondaire.On reconnaît deux grands types de structure secondaire :
Hélice alpha
Dans la structure dite en hélice alpha, la chaîne d'acides aminés prend la forme d'un tire-bouchon.
Les différentes spires sont stabilisées par des liaisons hydrogène.
Feuillet bêta
Dans un feuillet bêta, il se forme parallèlement les uns par rapport aux autres. L'ensemble forme
comme une membrane plissée.
Puis passage en structure tertiaire par différents types de liaisons :
Quatre grands types d'interactions interviennent dans le repliement de la chaîne:
L'effet hydrophobeLes acides aminés dont les radicaux sont hydrophobes ont plus d'affinité entre eux qu'avec les molécules
d'eau entourant la protéine. La chaîne a donc tendance à se replier de façon à les regrouper entre eux au
centre de la molécule, sans contact direct avec l'eau. Inversement, les acides aminés hydrophiles ont tendance
à se disposer à la périphérie de façon à être en contact avec l'eau.
Les liaisons ioniquesLes radicaux qui s'ionisent positivement forment des liaisons ioniques avec ceux qui s'ionisent négativement.
Les liaisons hydrogène
Les ponts disulfureDeux des 20 acides aminés ont des radicaux contenant un atome de soufre. C'est le cas de la cystéine.
Deux cystéines peuvent former une liaison covalente entre elles par l'intermédiaire de l'atome de soufre
de leur radical. Cette liaison covalente peut relier deux cystéines éloignées l'une de l'autre sur la chaîne.
• Les chaperonines sont des protéines qui évitent que les protéines proches en formation s’associent les unes aux autres.
Structure quaternaire : Liaison de plusieurs protéines les unes aux autres pour former une protéine en structure quaternaire.
La maturation des protéines
B. Adressage et autres modifications chimiques
1. Chemin possible d’une protéine
2. Des peptides signal et des régions signales déterminent le destin des protéines.
2.1 Adressage des protéines dans les mitochondrie et les chloroplastes
Protéine de l’intérieur d’une mitochondrie
Protéine de l’espace membranaire d’une mitochondrie
Protéine de l’intérieur du thylakoïde
C. Les rôles du RETICULUM ENDOPLASMIQUE
• Maturation des protéines
• Biosynthèse des lipides.
• Deux réticulum endoplasmique :– Rugueux
• Présent dans toutes les cellules en grande quantité.• Maturation des protéines principalement.
– Lisse• Peu de cellules possèdent de RE lisse.• Elles possèdent alors une région lisse dans le RE
rugueux qui permet la formation de vésicules d’exportation.
• Il n’est très développé que dans certaines cellules afin de fabriquer des molécules très spécifiques :
– Les cellules qui synthétisent des lipides en grande quantité» Cellules ovariennes et testicules : Oestrogènes,
progestérone, testostérone.» Cellules des glandes surrénales : Cortisol
– Les hépatocytes du foie fabriquent les composants lipidiques des lipoprotéines.
– Les hépatocytes contiennent aussi des enzymes de détoxification de certaines drogues et produits néfastes au métabolisme.
Peptide signal
SRP = Protéine de reconnaissance du peptide signal
Protéine d’ancrage du SRP
1. Encrage des protéines destinées au RE
2. La fixation de certaines protéines à la membrane
• Il est possible de déterminer la conformation de la protéine dans la membrane.
• Il suffit de déterminer la position de zones où se succèdent des acides aminés très hydrophobes et dont la longueur correspond à l’épaisseur de la membrane plasmique.
3. Modification des protéines dans le RE
• Page 107 repliement des protéines cytosolique
• Le repliement des protéines dans le RE:– Problème d’association des protéines entre
elles car l’espace est petit.– Des protéines BiP protègent ce phénomène.
3.1 Ponts disulfures et protéine disulfure isomérase
• Les ponts disulfures se forment automatiquement partout dans la protéines. Seule une configuration est correcte pour la protéine.
• Des protéines disulfure isomérase clives tous les pont disulfures formés incorrects jusqu’à ce que la protéine est atteint la bonne fonformation.
3.2 La plupart des protéines synthétisées dans le RE rugueux sont glycosylées :
• Intérêt inconnu pour le moment. Cela n’a pas lieu pour les bactéries.
• Addition d’un groupement de sucres (ologosaccharides ) dont les deux premiers sont des N-acétyl glucosamine ( voir schéma ) à la chaîne latérale d’un asparagine ( acide aminé basique ).
• On parle de N-glycosilation.• Cela devient des glycoprotéines.
• Une partie des oligosaccharides sont élaguées dans le RE, le reste dans l’appareil de golgi.
• On trouve parfois des O-glycosilation ( fixation des sucres à la fonction –OH hydroxyle de la chaîne latérale d’un acide aminé sérine, thréonine ou hydroxylysine).
• Mais cela se fait dans l’appareil de golgi.
4. La biosynthèse de lipides membranaires
• La majorités des glycérophospholipides membranaires sont fabriqués dans le RE:– Phosphatidylcholine– Phosphatidyléthanolamine– Phosphatidylsérine– Phosphatidylinositol
• Une enzyme la flippase transfert certains phospholipides de l’autre côté de la double couche membranaire.
• Le RE produit aussi le cholestérol et le céramide. Le céramide sera le précurseur des sphnigolipides fabriqués dans l’appareil de golgi.
• Des protéines transportent les phospholipides membranaires à d’autres compartiments dont le péroxysome, les mitochondries et les chloroplastes.
• Dictyosomes chez les végétaux.
D. Les rôles de l’APPAREIL DE GOLGI
D.1 Fin de la glycosylation
• Fin de l’élagage des oligosaccharides N-glycosilés.
• Ajout de N-acétylglucosamine
• Ajout de galactose ( GAL )• Ajout de Nana ( acide
sialique )• Il en résulte deux types de
molécules:– A les polysaccharides
complexe– B les polyssacharides riches
en mannose
• Addition d’une chaîne d’oligossacharides O-glycosylé sur des protéines appelées protéoglycanes.
Composant de la matrice extracellulaire.
Les mucus protecteurs de nombreux épithélium ( estomac par exemple ).
Protéolyse
• Certaines protéines sont coupées en plus petits fragments dans les vésicules de transports afin d’être actives.
Autres réactions durant la maturation
• acétylation, phénylation ou rupture de liaisons covalentes (hydrolyses).
N-glycosylation
Protéolyse
Bilan de l’appareil de golgiEt synthèse des phospholipides
Membranaires, du cholestérol
et de céramide
Le transport des protéines vers les lysosomes
• Petite vésicule entourée d’une membrane.
• Contenant de nombreuses enzymes hydrolytiques :
o Fonctionnelles à pH~5
o cela protège le cytosol…dont le pH est ~7,2 au cas où la vésicule éclate.
o Protéines de la membrane très glycosylées = protection contre les enzymes.
• Rôles variés des enzymes:– Digestion de débris intra et extracellulaire.– Digestion de microorganismes
phagocytés.– Nutrition : les lysosomes interviennent
dans l’assimilation du cholestérol en dégradant la protéine de transport du cholestérol.
• 3 voies de dégradations des matériaux dans les lysosomes :
1
2
3Spécifique aux phagocytes
Dégradation d’éléments non fonctionnel de la cellule
Voir exemple du cholestérol
diapo suivante
Vésicule de transport du cholestérol dans le sang
Voie 1 : dégradation du LDL pour récupérer le cholestérol
Exemple du trie des protéines de l’appareil de golgi vers les lysosomes ?
• Exemple d’une enzyme du lysosome : l’hydrolase :
– Dans le RE et l’appareil de golgi, l’hydrolase est glycosylée : Mannose 6 phosphate ( M6P )
– Un récepteur protéique au M6P est situé sur la membrane de l’appareil de golgi.
Mannose 6 Phosphate
M6P
Liaison au récepteur
du M6P
• Comment les vésicules sont dirigées correctement vers les lysosomes ?• Hypothèse : les récepteurs au M6P possèdent aussi des récepteurs localisées
sur la membrane des lysosomes.
• 3 possibilités :
1. Fixation d’une protéine à la membrane ( présence d’un récepteur spécifique aux protéines membranaires.
2. Protéines sécrétées régulièrement = sécrétion constitutive.
3. Protéines accumulées dans des vésicules et sécrétées si nécessaire : sécrétion contrôlée.
1 et 2
3
La régulation de l’expression des gènes
Un neuroneUn lymphocyte
Difficile d’imaginer que ces deux cellules ont un même génome.
Pourtant les divisions de la cellule œuf des cellules qui possèdent le même nombre de chromosome et les même gènes.
Dans les cellules d’un même organisme, beaucoup de protéines sont identiques, mais un faible pourcentage de protéines diffèrent.
Donc d’une cellule à l’autre les gènes actifs ne sont pas les mêmes. De plus certains gènes ne sont actifs que à certains moment.
le modelage de la chromatine par interaction entre les protéines basiques, les histones et le DNA modifie l'accessibilité des facteurs
transcriptionnels au DNA. ( les zones où la chromatine est très condensée dans une cellule possèdent des gènes inactif ).
• Le degré de méthylation du DNA, • les modifications des histones par acétylation, ubiquitination, • y participent aussi.
• Des régions activatrices ( enhancer )• Et inhibitrices ( répresseur )• De la vitesse de transcription.• Situées en amont ou en aval du gène.
La régulation de la transcription
La flexion de l’ADN permet à des protéines régulatrices qui sont liées à un site éloigné, d’influer sur la transcription
La régulation de la traduction
Des protéines peuvent se fixer au début de l’ARN ( extrémité 5’ ) arrêt de la traduction. ( pas systématique )
cela permet d’inhiber la synthèse de la protéine si celle-ci est en grande quantité.
Les péroxysomes
• Compartiment à une seule membrane.• Le contenu varie selon les cellules.• Un des principal rôle est la fabrication de
péroxyde d’hydrogène ( H2O2) en enlevant des atomes d’hydrogènes libres à des substrats organiques.
RH2 + O2 R + H202Le H2O2 est utilisée par une enzyme, la catalase pour dégrader des produit toxique présent dans les cellules.C’est ainsi comme cela que la moitié de l’alcool que nous buvons est dégradé au niveau des cellules hépatiques ( foie ).
• Uniquement chez les végétaux, ils jouent un rôle dans la photorespiration ( processus que je n’expliques pas car son rôle est encore mal compris ),
• Mais surtout, ils permettent de transformer les acides gras des graines oléagineuses en glucide durant la germination.
• = Cycle glyoxylique.• On parle d’ailleurs dans la graine de
glyoxysome.
Les sucres peuvent être transportés dans toutes les cellules de l’embryon, plantule…
Principales fonctions des protéines
1. Structure
2. Régulation (les hormones)
3. Mouvement
4.Transport de molécules
5. Immunité
6. Récepteur et transporteur membranaire
7. Métabolisme (les enzymes)
Les protéines peuvent former des fibres ou des tubes qui peuvent s'assembler pour former des structures solides.
Ex. le collagène et la kératine
1. Structure
2. Régulation
3. Mouvement
4.Transport
5. Immunité
6. Récepteur et transporteur membranaire
7. Métabolisme
Collagène : formé de trois chaînes d'acides aminés imbriquées
Collagène forme la peau (derme), les tendons, les ligaments, l'armature des os, etc.
Collagène = protéine la plus abondante de l'organisme.
Kératine : forme les ongles, la couche cornée de la peau, les plumes, les écailles, les sabots, etc.
La plupart des hormones sont des protéines
Ex.
L'insuline : 2 chaînes pour un total de 51 ac. Aminés
La vasopressine : 1 chaîne courte de 9 ac. aminés
1. Structure
2. Régulation du métabolisme : les hormones
3. Mouvement
4.Transport
5. Immunité
6. Récepteur et transporteur membranaire
7. Métabolisme
N.B. Certaines hormones sont des stéroïdes
Mouvements dus à 2 protéines : l'actine et la myosine.
Les cellules formant les muscles sont remplies de ces protéines.
1. Structure
2. Régulation
3. Mouvement
4. Transport
5. Immunité
6. Récepteur et transporteur membranaire
7. Métabolisme
L'hémoglobine : transporte l'oxygène
La myoglobine : transporte l'oxygène dans les muscles
L'albumine sérique : transporte le gras dans le sang
Les anticorps (ou immunoglobulines) sont faits de protéines
1. Structure
2. Régulation
3. Mouvement
4. Transport
5. Immunité
6. Récepteur et transporteur membranaire
7. Métabolisme
Beaucoup de substances chimiques traversent la membrane des cellules en passant par des canaux formés par des protéines.
Anticorps IGE
Canal responsable de l'expulsion du chlore hors des cellules.
Certaines protéines forment un canal pouvant s'ouvrir ou se fermer.
Les ions à cause de leur charge
Grosses molécules hydrophilesgrosses molécules hydrophobes tels que les hormones stéroïdes, l’alcool…
Petites molécules sans charge électrique ( O2, CO2, H2O…)
Ne traversent pas la membrane sans transporteur protéique :
Traversent la membrane sans transporteur protéique :
Qui peut traverser la membrane tout seul ?
La traverser se fait sans apport d’énergie dans le sens du gradient de concentration, MAIS dans le sens inverse, un apport d’énergie est nécessaire – Exemple du co-transport des nitrates dans une plante :
Récepteurs membranaires
Catalyseur = substance qui active une réaction chimique qui, sans le catalyseur, serait très lente ou impossible.
Ex. synthèse ou digestion du saccharose
1. Structure
2. Régulation du métabolisme
3. Mouvement
4.Transport
5. Immunité
6. Transport membranaire
7. Métabolisme : les enzymes
La plupart des réactions chimiques qui se déroulent dans la cellule sont catalysées par des protéines spéciales: les enzymes.
Enzyme = catalyseur
Mode d'action d'une enzyme
L'enzyme peut resservir à faire à nouveau la réaction
L'enzyme ne peut fonctionner que si elle possède une forme parfaitement adaptée à la ou aux molécules qu'elle catalyse.
Les enzymes peuvent se déformer = dénaturation de l'enzyme
Enzymes sensibles:
• aux températures élevées
• au pH trop élevé ou trop faible
Les enzymes peuvent servir à assembler de petites molécules en plus grosses = anabolisme
OU
à défaire de grosses molécules en plus petites = catabolisme
OU
à modifier des molécules en d'autres molécules semblables (changer un glucose en fructose, par exemple)
Une enzyme donnée ne peut catalyser qu'une réaction bien précise. Il y a donc autant d'enzymes différentes que de réactions différentes.
Protéine des aliments
Digestion
Acides aminés
Circulation
Les cellules synthétisent leurs protéines à partir des acides aminés provenant de la digestion
Notre alimentation doit contenir des protéines
Nouvelle protéine
Si la diète est trop pauvre en protéines:
Si la diète est trop riche en protéines:
L’organisme peut obtenir des acides aminés en digérant ses propres protéines : protéines musculaires surtout.
Le surplus d’acides aminés est converti en gras.
Une personne peut-elle avoir une diète telle qu’elle engraisse tout en perdant de la masse musculaire?
Protéines et maladies héréditaires
Ex. anémie falciforme
Globules rouges normaux Globules rouges anormaux (anémie falciforme)
L'hémoglobine est formée de quatre chaînes d'acides aminés: 2 chaînes dites et 2 chaînes dites .
Ex.
Hémoglobine : 2 chaînes alpha et 2 chaînes bêta
2 chaînes
2 chaînes
Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala-Leu-Try-Gly-Lys-Val-Asp-Val-Asp-Glu-Val-Gly-Gly-Glu-Ala-Leu-Gly-Arg-Leu-Leu-Val-Val-Tyr-Pro-Try-Thr-Glu-Arg-Phé-Phé-Glu-Ser-Phé-Gly-Asp-Leu-Ser-Thr-Pro-Asp-Ala-Val-Met-Gly-Asp-Pro-Lys-Val-Lys-Ala-His-Gly-Lys-Lys-Val-Leu-Gly-Ala-Phé-Ser-Asp-Gly-Leu-Ala-His-Leu-Asp-Asp-Leu-Lys-Gly-Thr-Phé-Ala-Thr-Leu-Ser-Glu-Leu-His-Cys-Asp-Lys-Leu-His-Val-Asp-Pro-Glu-Asp-Phé-Arg-Leu-Leu-Gly-Asp-Val-Leu-Val-Cys-Val-Leu-Ala-His-His-Phé-Gly-Lys-Glu-Phé-Thr-Pro-Pro-Val-Glu-Ala-Ala-Tyr-Glu-Lys-Val-Val-Ala-Gly-Val-Ala-Asp-Ala-Leu-Ala-His-Lys-Tyr-His
Hémoglobine normale (chaîne )
Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys-Ser-Ala-Val-Thr-Ala-Leu-Try-Gly-Lys-Val-Asp-Val-Asp-Glu-Val-Gly-Gly-Glu-Ala-Leu-Gly-Arg-Leu-Leu-Val-Val-Tyr-Pro-Try-Thr-Glu-Arg-Phé-Phé-Glu-Ser-Phé-Gly-Asp-Leu-Ser-Thr-Pro-Asp-Ala-Val-Met-Gly-Asp-Pro-Lys-Val-Lys-Ala-His-Gly-Lys-Lys-Val-Leu-Gly-Ala-Phé-Ser-Asp-Gly-Leu-Ala-His-Leu-Asp-Asp-Leu-Lys-Gly-Thr-Phé-Ala-Thr-Leu-Ser-Glu-Leu-His-Cys-Asp-Lys-Leu-His-Val-Asp-Pro-Glu-Asp-Phé-Arg-Leu-Leu-Gly-Asp-Val-Leu-Val-Cys-Val-Leu-Ala-His-His-Phé-Gly-Lys-Glu-Phé-Thr-Pro-Pro-Val-Glu-Ala-Ala-Tyr-Glu-Lys-Val-Val-Ala-Gly-Val-Ala-Asp-Ala-Leu-Ala-His-Lys-Tyr-His
Hémoglobine anormale (anémie falciforme)
Les vitamines et les minéraux
= molécules essentielles que l’organisme ne peut pas synthétiser: il faut les manger.
La plupart des vitamines = coenzymes
Vitamines liposolubles:
Vitamines hydrosolubles:
A, D, E et K
B et C
Les minéraux:
Na+, Cl-, Ca++, K+, P, Fe, I, F, Zn, Co, Cu, etc.
•Structure
•Métabolisme
Les niveaux d'organisation de la matière
• La matière est formée d'atomes.
• Les atomes s'assemblent en molécules.
• Les molécules s'assemblent pour former les cellules.
• Les cellules s'assemblent en tissus.
• Les tissus en organes.
• Les organes forment les systèmes.
• Et les systèmes, les organismes.
À chaque niveau, de nouvelles propriétés apparaissent: propriétés émergentes
Les molécules ont des propriétés que n'ont pas les atomes les constituant.
Les cellules ont des propriétés (la vie) que n'ont pas les molécules, même les plus complexes.
Le cerveau (organe) a des propriétés que n'ont pas les neurones (cellules) qui le forment.
Etc.
