ayant été déterminée, on recherche dans la
séquence des séries d’acides aminés hydrophobes
successifs (une vingtaine, au moins) qui sont susceptibles de former des segments hélicoïdaux
transmembranaires (voir plus loin). Le diagramme
résultant d’une telle analyse est nommé profil
d’hydrophobicité ; il montre clairement la disposition générale théorique de la protéine par rapport
à la bicouche ( figure 5.15). Des exemples de plus en
plus nombreux de protéines analysées par
diverses techniques (diffraction électronique, diffraction des rayons X, mesures spectroscopiques…)
démontrent le caractère prédictif de cette approche.
2.5.3. D ISPOSITION DES PROTÉINES MEMBRANAIRES
INTRINSÈQUES AU SEIN DE LA BICOUCHE
La structure tridimensionnelle des protéines est
constituée à partir de deux types de structures élémentaires : l’hélice G et les chaînes (ou
feuillets) H . On rappelle que ces motifs sont stabilisés par des liaisons H établies entre les groupes -CO
et les groupes -NH des liaisons peptidiques (voir
dans la même collection l’ouvrage de G. H ENNEN,
Biochimie).
Les protéines membranaires doivent maintenir
des liens forts avec un environnement hydrophobe
et nous venons de voir que ceci est très souvent
réalisé grâce à des segments entiers constitués
d’acides aminés eux-mêmes hydrophobes. Il a été
établi que ces segments adoptent au sein de la
bicouche une disposition en hélice α dont l’avantage thermodynamique est de maintenir vers
l’extérieur les résidus hydrophobes et d’immobiliser vers l’intérieur les groupes -CO et -NH (euxmêmes polaires) sous forme de liaisons H.
L’épaisseur du cœur hydrophobe de la bicouche
(les deux chaînes «grasses» opposées des acides
gras) mesurant environ 3n m, on calcule aisément
que ceci représente 20 acides aminés. Un tour
d’hélice a, en effet, un pas de 0,54 nm pour
3,6 résidus. La démonstration de l’existence de
segments d’une telle longueur a été régulièrement
établie dans les protéines membranaires.
Certaines d’entre elles ont un seul segment de
ce type et un domaine de chaque côté de la membrane : elles sont dites bitopiques ou «à traversée
unique » ; d’autres traversent plusieurs fois ( n ) la
bicouche et présentent donc n +1 domaines hydrophiles : elles sont dites polytopiques ou «à traversées multiples ». Divers exemples sont illustrés
dans la figure 5.16.
Il existe également des protéines à traversées
multiples bâties sur un principe assez différent.
Deux segments hélicoïdaux proches au sein de la
bicouche peuvent être stabilisés latéralement par
des interactions ioniques ou polaires ; cette disposition implique qu’une demi-hélice de chaque
hélice soit hydrophobe et l’autre hydrophile pour
que toutes les exigences et contraintes physicochimiques soient respectées. On appelle hélice
amphiphile de tels segments dans lesquels alternent, avec une périodicité adéquate, des acides
aminés polaires et non polaires et qui se présentent
comme des cylindres à deux faces. Des hélices
jointives de ce genre sont susceptibles de constituer des sortes de canaux hydrophiles au sein des
protéines intrinsèques transmembranaires. De fait,
de nombreux transporteurs d’ions minéraux ou de
solutés organiques sont organisés selon ce modèle.
Enfin, on peut imaginer que des feuillets β
amphiphiles puissent être construits sur ce principe dans les protéines polytopiques ; quelques cas
de cette situation ont effectivement été décrits : la
porine des Bactéries Gram
–
est un «tonneau»
formé de 16 feuillets β antiparallèles.
0
0
-2
2
4
2
4
-2
0
40
80
120
0 40 80 120 160 200 240
indice d'hydrophobicité
nombre de résidus d'acides aminés
1
2
Figure 5.15
Profils d’hydrophobicité de deux protéines membranaires
(1) La glycophorine : protéine à un seul segment hydrophobe.
(2) La bactériorhodopsine : protéine à 7 segments hydrophobes.
Ces derniers sont constitués de 20 à 25 acides aminés et
sont identifiés par les parties colorées ; ils sont susceptibles de former autant de segments transmembranaires.
D’après E. Shechter, Biochimie et Biophysique des membranes, Masson, 1990.
5. O RGANISATION GÉNÉRALE ET FONCTIONS DES MEMBRANES BIOLOGIQUES 125
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
séquence des séries d’acides aminés hydrophobes
successifs (une vingtaine, au moins) qui sont susceptibles de former des segments hélicoïdaux
transmembranaires (voir plus loin). Le diagramme
résultant d’une telle analyse est nommé profil
d’hydrophobicité ; il montre clairement la disposition générale théorique de la protéine par rapport
à la bicouche ( figure 5.15). Des exemples de plus en
plus nombreux de protéines analysées par
diverses techniques (diffraction électronique, diffraction des rayons X, mesures spectroscopiques…)
démontrent le caractère prédictif de cette approche.
2.5.3. D ISPOSITION DES PROTÉINES MEMBRANAIRES
INTRINSÈQUES AU SEIN DE LA BICOUCHE
La structure tridimensionnelle des protéines est
constituée à partir de deux types de structures élémentaires : l’hélice G et les chaînes (ou
feuillets) H . On rappelle que ces motifs sont stabilisés par des liaisons H établies entre les groupes -CO
et les groupes -NH des liaisons peptidiques (voir
dans la même collection l’ouvrage de G. H ENNEN,
Biochimie).
Les protéines membranaires doivent maintenir
des liens forts avec un environnement hydrophobe
et nous venons de voir que ceci est très souvent
réalisé grâce à des segments entiers constitués
d’acides aminés eux-mêmes hydrophobes. Il a été
établi que ces segments adoptent au sein de la
bicouche une disposition en hélice α dont l’avantage thermodynamique est de maintenir vers
l’extérieur les résidus hydrophobes et d’immobiliser vers l’intérieur les groupes -CO et -NH (euxmêmes polaires) sous forme de liaisons H.
L’épaisseur du cœur hydrophobe de la bicouche
(les deux chaînes «grasses» opposées des acides
gras) mesurant environ 3n m, on calcule aisément
que ceci représente 20 acides aminés. Un tour
d’hélice a, en effet, un pas de 0,54 nm pour
3,6 résidus. La démonstration de l’existence de
segments d’une telle longueur a été régulièrement
établie dans les protéines membranaires.
Certaines d’entre elles ont un seul segment de
ce type et un domaine de chaque côté de la membrane : elles sont dites bitopiques ou «à traversée
unique » ; d’autres traversent plusieurs fois ( n ) la
bicouche et présentent donc n +1 domaines hydrophiles : elles sont dites polytopiques ou «à traversées multiples ». Divers exemples sont illustrés
dans la figure 5.16.
Il existe également des protéines à traversées
multiples bâties sur un principe assez différent.
Deux segments hélicoïdaux proches au sein de la
bicouche peuvent être stabilisés latéralement par
des interactions ioniques ou polaires ; cette disposition implique qu’une demi-hélice de chaque
hélice soit hydrophobe et l’autre hydrophile pour
que toutes les exigences et contraintes physicochimiques soient respectées. On appelle hélice
amphiphile de tels segments dans lesquels alternent, avec une périodicité adéquate, des acides
aminés polaires et non polaires et qui se présentent
comme des cylindres à deux faces. Des hélices
jointives de ce genre sont susceptibles de constituer des sortes de canaux hydrophiles au sein des
protéines intrinsèques transmembranaires. De fait,
de nombreux transporteurs d’ions minéraux ou de
solutés organiques sont organisés selon ce modèle.
Enfin, on peut imaginer que des feuillets β
amphiphiles puissent être construits sur ce principe dans les protéines polytopiques ; quelques cas
de cette situation ont effectivement été décrits : la
porine des Bactéries Gram
–
est un «tonneau»
formé de 16 feuillets β antiparallèles.
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-2
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4
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indice d'hydrophobicité
nombre de résidus d'acides aminés
1
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Figure 5.15
Profils d’hydrophobicité de deux protéines membranaires
(1) La glycophorine : protéine à un seul segment hydrophobe.
(2) La bactériorhodopsine : protéine à 7 segments hydrophobes.
Ces derniers sont constitués de 20 à 25 acides aminés et
sont identifiés par les parties colorées ; ils sont susceptibles de former autant de segments transmembranaires.
D’après E. Shechter, Biochimie et Biophysique des membranes, Masson, 1990.
5. O RGANISATION GÉNÉRALE ET FONCTIONS DES MEMBRANES BIOLOGIQUES 125
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.