Protéines structurelles

Définition des protéines structurelles

Lescomposés organiques sont essentiellement des composés chimiques qui contiennent des liaisons de carbone. Le carbone est essentiel à la vie, car il forme rapidement des liaisons avec d'autres molécules et composants, ce qui permet à la vie de se produire facilement.

Les protéines sont constituées d'éléments de construction, ou monomères, appelés acides aminés. Les acides aminés se lient entre eux comme les perles d'un collier de perles pour former les protéines, comme le montre la figure 1. Ils sont constitués d'un carbone alpha (\(alpha)) lié à un groupe amino (\(NH_2)), d'un groupe carboxyle (\(COOH)), d'hydrogène (\(H)), et d'une chaîne latérale variable nommée (\(R)) qui lui confère différentes propriétés chimiques.

Figure 1 : Structure d'un acide aminé. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

Fonction des protéines structurelles

Les protéines ont des tailles et des formes différentes. La forme des protéines détermine la fonction de la protéine, ce qui la rend essentielle.

Il existe généralement deux formes de protéines: globulaire et fibreuse.

• Lesprotéines globulaires sont sphériques, agissent généralement comme des enzymes ou des matériaux de transport, sont généralement solubles dans l'eau, ont une séquence d'acides aminés irrégulière et sont généralement plus sensibles à la chaleur et aux changements de pH que les protéines fibreuses. L'hémoglobine est une protéine globulaire, comme le montre la figure 2.

• Lesprotéines fibreuses sont plus étroites et plus longues, ont généralement une fonction structurelle, ne sont généralement pas solubles dans l'eau, ont une séquence d'acides aminés régulière et sont généralement moins sensibles à la chaleur et aux changements de pH que les protéines globulaires. Un exemple de protéine fibreuse est la kératine, comme le montre la figure 2. Les protéines fibreuses peuvent également être appelées scléroprotéines.

Figure 2 : Exemples de différentes formes de protéines. Daniela Lin, Study Smarter Originals.

Lorsque quelques chaînes d'acides aminés se lient entre elles, elles créent des liaisons peptidiques. En revanche, lorsque des chaînes d'acides aminés plus longues se lient entre elles, elles synthétisent des liaisons polypeptidiques.

Les protéines de structure étant un type de protéines, elles ont toutes des structures primaires, secondaires et tertiaires. Certaines d'entre elles ont également des structures quaternaires (figure 3), comme le collagène.

• Structure primaire : La structure primaire d'une protéine est constituée de ses séquences d'acides aminés liées en une chaîne polypeptidique. Cette séquence détermine la forme de la protéine. C'est très important car la forme d'une protéine détermine sa fonction.

• Structure secondaire : La structure secondaire est causée par le pliage des acides aminés de la structure primaire. Les structures les plus courantes dans lesquelles les protéines se replient au niveau secondaire sont les hélices alpha (\(alpha\)) et les feuilles plissées bêta (\(bêta\)), qui sont maintenues ensemble par des liaisons hydrogène.

• Structure tertiaire : La structure tertiaire est la structure tridimensionnelle d'une protéine. Cette structure tridimensionnelle est formée par les interactions entre les groupes R variables.

• Structure quaternaire : Toutes les protéines n'ont pas une structure quaternaire. Mais certaines protéines peuvent former des structures quaternaires constituées de plusieurs chaînes polypeptidiques. Ces chaînes polypeptidiques peuvent être appelées sous-unités.

_{Figure 3 : Structure des protéines (primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire). Daniela Lin, Study Smarter Originals.}

Lesprotéines de collagène sont naturellement fibreuses. Cette forme allongée en forme de feuille aide le collagène à jouer son rôle structurel et protecteur dans la cellule. En effet, la rigidité du collagène et sa capacité à résister à la traction ou à l'étirement en font le support parfait pour notre corps

Dans la section suivante, nous examinerons plus en détail certains des types de protéines structurelles les plus courants.

Types de protéines structurelles

Les enzymes et lesprotéines de défense sont des exemples courants de protéines. Les enzymes accélèrent les réactions tandis que les protéines de défense protègent ton corps en éliminant les menaces.

Le collagène

Dans la nature, les protéines structurelles sont les types de protéines les plus courants. Le collagène est la protéine structurelle la plus répandue chez les mammifères, représentant environ 30 % du total des protéines présentes dans l'organisme.

Le collagène se trouve dans la matrice extracellulaire et les tissus conjonctifs de notre corps.

Le collagène est une protéine fibreuse qui soutient les cellules et leurs tissus et leur donne leur forme et leur structure. Plus précisément, il s'agit d'une protéine fibreuse allongée composée d'acides aminés qui se lient entre eux pour former des structures en forme de triple hélice et de longues tiges que l'on appelle généralement des fibrilles .

On trouve du collagène partout dans le corps, notamment dans les ligaments, les os, les tendons et les tissus épithéliaux en général. Le collagène peut être plus ou moins rigide selon les parties dans lesquelles il se trouve. Le collagène des os, par exemple, est très rigide par rapport aux tendons.

Nous utilisons le collagène de manière industrielle dans les suppléments et la gélatine, que l'on trouve dans les desserts tels que les gommes et le Jell-O.

Il existe environ cinq types courants de collagène, mais le type I représente 96 % de l'organisme. Le type I concerne la peau, les os, les tendons et les organes. Le collagène de type I est illustré dans une fine section de tissu pulmonaire de mammifère à la figure 5.

Kératine

Lakératine est une protéine fibreusestructurelle que l'on trouve chez les vertébrés. C'est le principal composant des ongles, des cheveux, de la peau et des plumes.

La kératine est insoluble dans l'eau et ses monomères forment des filaments rigides qui constituent la paroi des organes et autres parties du corps. Des taux de kératine plus élevés peuvent être corrélés à certains cancers, comme le cancer du sein et le cancer du poumon.

La kératine alpha est le type de kératine que l'on trouve chez les vertébrés et elle est généralement plus douce que la kératine bêta. En général, la kératine peut être comparée à la chitine, un hydrate de carbone complexe présent chez les arthropodes et les champignons.

• Il existe deux kératines alpha : Le type I est acide, tandis que le type II est basique. Il existe 54 gènes de kératine chez l'homme, dont 28 appartiennent au type I et 26 au type II.

La kératine bêta se trouve chez les oiseaux et les reptiles et se compose de feuilles bêta par rapport à la kératine alpha, qui se compose d'hélices alpha. La soie que fabriquent les araignées et les insectes est généralement classée dans la catégorie de la kératine et est constituée de feuilles bêta (\(\bêta\)).

Fibrinogène

Lefibrinogène est une protéine fibreuse structurelle fabriquée dans le foie qui circule dans le sang des vertébrés. En cas de blessure, des enzymes transforment le fibrinogène en fibrine pour faciliter la coagulation du sang.

Actine et myosine

L'actine et la myosine sont des protéines qui jouent un rôle essentiel dans la contraction musculaire illustrée par la figure 4. Elles peuvent être globulaires ou fibreuses.

• La myosine convertit l'énergie chimique ou ATP en énergie mécanique qui génère le travail et le mouvement.
• L'actine remplit de nombreuses fonctions cellulaires essentielles. Cependant, dans la contraction musculaire, l'actine s'associe à la myosine, ce qui permet à la myosine de glisser le long des fibres musculaires et de les contracter.

Figure 4 : Anatomie du muscle humain montrant la myosine et l'actine. Image par brgfx sur Freepik.

Exemples de protéines structurelles

Dans cette section, nous nous concentrerons sur les protéines structurelles situées dans les virus.

La plupart des biologistes pensent que les virus ne sont pas vivants. En effet, les virus ne sont pas constitués de cellules. Au lieu de cela, les virus sont constitués de gènes regroupés dans la capside.

Les virus ne peuvent pas non plus copier leurs propres gènes, car ils n'ont pas les structures nécessaires pour le faire. Cela signifie que les virus doivent prendre le contrôle des cellules de l'hôte pour faire des copies d'eux-mêmes !

Les virus, comme les humains, ont des protéines. Les protéines structure lles des virus constituent la capside et l'enveloppe du virus. En effet, les protéines structurelles sont des types de protéines qui protègent et maintiennent la forme des virus.

La capside est vitale pour le virus car elle stocke le matériel génétique du virus, le protégeant ainsi de la dégradation par l'hôte. Les capsides sont également le moyen par lequel les virus s'attachent à leur hôte.

• De nombreux oligomères, ou polymères avec quelques unités répétitives, forment ensemble un capsomère. Les capsomères sont des sous-unités qui s'assemblent pour former la capside d'un virus. Les capsomères s'assemblent généralement sous différentes formes, notamment hélicoïdale et icosaédrique.

Lesenveloppes sont présentes dans certains virus et entourent la capside. En général, les enveloppes des protéines proviennent de la membrane cellulaire de l'hôte, qu'elles acquièrent lorsqu'elles en bourgeonnent. Les enveloppes sont constituées de protéines qui se lient aux membranes des cellules de l'hôte. Ces protéines situées sur les enveloppes sont des glycoprotéines, des protéines attachées à des hydrates de carbone.

La figure 6 présente des exemples de structures virales courantes.

Figure 6 : Types de structures de virus illustrés. Image par brgfx sur Freepik.

Figure 7 : Illustration de l'aspect du COVID-19. Image par starline sur Freepik.

Les protéines structurelles dans l'organisme

Les protéinesstructurelles sont des protéines que l'on trouve naturellement dans le corps, et ce parce qu'elles ont des fonctions qui font partie intégrante de tous les organismes vivants. Les protéines structurelles maintiennent la forme des cellules et constituent les os et même les tissus ! Nous pouvons essentiellement comparer les protéines structurelles aux squelettes de nos cellules.

Nous avons déjà passé en revue certaines des protéines structurelles les plus essentielles et les plus abondantes de l'organisme, comme le collagène, la kératine, l'actine et la myosine. Cette section aborde donc quelques autres exemples de protéines structurelles que l'on trouve dans le corps humain.

• Latubuline est une protéine globulaire qui se combine ou se polymérise en chaînes qui forment des microtubules. Les microtubules sont des fibres utilisées pour le transport cellulaire et la division cellulaire ou la mitose. La tubuline se présente sous une forme (\Nalpha) et (\Nbêta)). Une autre fonction des microtubules est de servir de "squelette" à nos cellules.

• L'élastine fait également partie de la matrice extracellulaire et travaille avec d'autres protéines structurelles, comme le collagène, dans les tissus conjonctifs. Dans les artères, l'élastine favorise la circulation du sang. La dégénérescence de l'élastine dans nos tissus peut entraîner de nombreux effets secondaires, notamment un vieillissement prématuré, car l'exposition excessive au soleil décompose le collagène et l'élastine dans les tissus conjonctifs.

• Latitine est la plus grande protéine composée d'environ 27 000 acides aminés. Après l'actine et la myosine, la titine est la protéine la plus répandue dans les muscles. La titine joue un rôle essentiel dans le fonctionnement des muscles striés car elle leur donne forme et souplesse. Les muscles striés sont les muscles cardiaques et les muscles squelettiques, comme le montre la figure 8. Contrairement aux muscles lisses, les muscles striés ont des sarcomères ou des unités répétitives qui aident à la contraction musculaire. La titine interagit avec l'actine et la myosine pour stabiliser les sarcomères lorsque tu bouges ou que ton corps fonctionne, ce qui provoque la contraction et le relâchement des muscles.

Figure 8 : Types de cellules musculaires illustrés. Image by brgfx on Freepik