Repliement des protéines

Aperçu

Les protéines sont des chaînes d’acides aminés reliées entre elles par des liaisons peptidiques. Lors de la synthèse, une protéine se replie dans une conformation tridimensionnelle qui est essentielle à sa fonction biologique. Les interactions entre ses acides aminés constitutifs guident le repliement de la protéine, et donc la structure protéique dépend principalement de sa séquence d’acides aminés.

La structure de la protéine est essentielle à sa fonction biologique

Les protéines remplissent un large éventail de fonctions biologiques telles que catalyser les réactions chimiques, fournir la défense immunitaire, le stockage, le transport, la communication cellulaire, le mouvement et le soutien structurel. La fonction d’une protéine dépend principalement de sa capacité à reconnaître et à lier d’autres molécules, comparable à une serrure et à une clé. Par conséquent, l’activité spécifique de chaque protéine dépend de son architecture tridimensionnelle unique.

Pour qu’une protéine soit fonctionnelle, elle doit se replier avec précision. La plupart des protéines passent par plusieurs formes intermédiaires avant de se replier dans la structure la plus stable et biologiquement active. Le mauvais repliement des protéines a des effets néfastes sur le fonctionnement global de la cellule. Chez l’homme, plusieurs maladies sont dues à l’accumulation de protéines mal repliées ou dépliées. Il s’agit notamment de la fibrose kystique, la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, la SLA et la maladie de Creutzfeldt-Jakob.

Facteurs déterminants clés de la structure protéique

Les protéines sont composées d’une ou de plusieurs chaînes d’acides aminés, appelées polypeptides. Un polypeptide est synthétisé comme une chaîne linéaire qui se replie rapidement sur elle-même pour former une structure tridimensionnelle. Les termes polypeptide et protéine sont parfois utilisés de façon interchangeable mais, le plus souvent, un polypeptide replié qui peut effectuer une fonction biologique est appelé une protéine. Une structure protéique est habituellement décrite à quatre niveaux : primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire. La plupart des polypeptides se replient dans une structure tertiaire globale compacte et globulaire, comme l’hémoglobine, la protéine porteuse d’oxygène dans le sang. Certaines protéines, comme les kératines, peuvent former de longues fibres que l’on trouve généralement dans les cheveux et les ongles.

La séquence d’acides aminés dans la chaîne polypeptidique est le principal facteur déterminant de sa structure. La séquence d’acides aminés détermine le type et l’emplacement des structures secondaires. En outre, la structure tertiaire globale d’une protéine est principalement stabilisée par des liaisons chimiques entre les chaînes latérales d’acides aminés, les groupes chimiques uniques qui distinguent les acides aminés les uns des autres. Ces chaînes latérales sont soit chargées positivement ou négativement, soit polaires non chargées, soit apolaires.

Les acides aminés ont des caractéristiques physiques et chimiques uniques en fonction des groupes de leur chaîne latérale. Par exemple, les acides aminés polaires et chargés interagissent avec l’eau pour former des liaisons hydrogène et sont appelés hydrophiles ; alors que les acides aminés apolaires évitent les interactions avec l’eau et sont appelés hydrophobes. Par conséquent, lorsqu’une protéine est repliée dans un environnement cellulaire, les chaînes latérales d’acides aminés hydrophobes sont enfouies dans le noyau de la protéine loin de l’environnement aqueux, tandis que les chaînes latérales d’acides aminés hydrophiles sont exposées à la surface de la protéine.

Les acides aminés hydrophobes étroitement agencés dans le noyau protéique conduisent à la formation d’interactions faibles de Van der Waals entre les groupes de chaînes latérales. La présence de ces forces de Van der Waals donne une stabilité supplémentaire à la protéine repliée. Les acides aminés polaires exposés à la surface de la protéine sont libres de former des liaisons hydrogène avec des molécules d’eau ou d’autres chaînes latérales d’acides aminés polaires. Les acides aminés chargés positivement et négativement sont également présents sur l’extérieur d’une protéine où ils forment des liaisons ioniques avec d’autres acides aminés à proximité ayant une charge opposée.

Les liaisons disulfure se forment entre deux groupes sulfhydryle, ou SH, sur l’acide aminé cystéine. Il s’agit d’une interaction très robuste qui agit comme un renforcement sur la protéine repliée. La présence de liaisons disulfure verrouille la protéine repliée dans sa conformation tridimensionnelle la plus favorable. Le repliement approprié d’une protéine dépend également d’autres facteurs de l’environnement cellulaire comme le pH, la concentration en sel, la température, etc. L’altération des conditions physiques et chimiques dans un environnement protéique influence les interactions chimiques qui maintiennent la protéine ensemble et peut causer un mauvais repliement ou le déroulement de la protéine ainsi que la perte de sa fonction biologique, un processus connu sous le nom de dénaturation des protéines.