Structure des protéines

Les protéines sont organisées de manière hiérarchique, de la séquence d'acides aminés aux assemblages multi-sous-unitaires, et c'est cette architecture qui confère à chaque protéine sa fonction spécifique.

Definition

La structure des protéines est l'arrangement spatial des atomes d'un polypeptide, décrit à quatre niveaux : la séquence primaire, les éléments secondaires tels que les hélices alpha et les feuillets bêta, le repliement tridimensionnel tertiaire d'une seule chaîne, et l'association quaternaire des sous-unités.

Scope

Ce sujet aborde les quatre niveaux conventionnels de la structure des protéines — primaire (séquence), secondaire (motifs locaux liés par des liaisons hydrogène), tertiaire (le repliement complet d'une chaîne) et quaternaire (assemblage de plusieurs chaînes) — ainsi que les liaisons et interactions qui définissent chaque niveau et les méthodes expérimentales utilisées pour déterminer la structure.

Core questions

• Qu'est-ce qui stabilise l'hélice alpha et le feuillet bêta ?
• Comment la séquence primaire est-elle suffisante pour spécifier le repliement tertiaire ?
• Quelle est la différence entre les protéines fibreuses et globulaires ?
• Comment les structures des protéines sont-elles déterminées expérimentalement ?

Key theories

Structures secondaires liées par des liaisons hydrogène

Pauling et Corey ont prédit l'hélice alpha et le feuillet bêta à partir de la planarité de la liaison peptidique et de la géométrie des liaisons hydrogène du squelette, avant même leur observation, établissant ainsi la base physique de la structure secondaire régulière.

Mechanisms

La liaison peptidique est plane et possède un caractère partiellement double, ce qui restreint la rotation du squelette aux angles dièdres phi et psi, cartographiés par le diagramme de Ramachandran. Les structures secondaires se forment lorsque les groupes amide et carbonyle du squelette établissent des liaisons hydrogène selon des motifs réguliers ; la structure tertiaire est stabilisée par l'effet hydrophobe qui enfouit les chaînes latérales non polaires, ainsi que par les liaisons hydrogène, les ponts salins, les contacts de van der Waals et, occasionnellement, les ponts disulfure.

Clinical relevance

La détermination de la structure par cristallographie aux rayons X, RMN et cryo-microscopie électronique est à la base de la conception assistée par la structure dans les domaines de la chimie et de la science des matériaux ; la prédiction computationnelle de la structure est devenue un outil majeur pour relier la séquence au repliement. Ce traitement est descriptif et non prescriptif.

History

L'hélice alpha et le feuillet bêta ont été proposés par Pauling et Corey en 1951 ; la structure de la myoglobine de Kendrew en 1958 fut le premier modèle de protéine à résolution atomique, suivie peu après par l'hémoglobine de Perutz, confirmant les structures secondaires prédites et lançant la biologie structurale.

Key figures

• Linus Pauling
• Robert Corey
• John Kendrew
• Max Perutz
• G. N. Ramachandran

Seminal works

• pauling1951
• kendrew1958
• nelson2021

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre l'hélice alpha et le feuillet bêta ?

L'hélice alpha est une chaîne unique enroulée avec des liaisons hydrogène au sein du même segment du squelette, tandis que le feuillet bêta aligne des brins étendus côte à côte, liés par des liaisons hydrogène entre les brins.

Pourquoi la liaison peptidique est-elle plane ?

La résonance confère à la liaison peptidique C–N un caractère de double liaison partielle, ce qui empêche la rotation autour de celle-ci et maintient les six atomes de l'unité peptidique dans un plan.