88 première partie La chimie de la vie
proton. (Remarque : tous les acides aminés possèdent des groupements carboxyle et amine ; les termes acide et basique font
ici uniquement référence à la nature des chaînes latérales.)
Les chaînes latérales acides et basiques sont hydrophiles en
raison de leur caractère ionique.
Les polymères d’acides aminés
Maintenant que nous avons passé en revue les acides aminés,
voyons comment ils se lient pour former des polymères
(figure 5.17). Lorsque deux acides aminés sont placés de telle
sorte que le groupement carboxyle de l’un se trouve à côté du
groupement amine de l’autre, une réaction de déshydratation
peut provoquer leur union avec perte d’une molécule d’eau.
Une liaison covalente appelée liaison peptidique s’établit
ainsi entre eux. Lorsque cette réaction se répète un certain
nombre de fois, il se forme un polypeptide : il s’agit d’un
polymère constitué de nombreux acides aminés unis par des
liaisons peptidiques.
La structure répétitive des atomes, encadrée de violet dans
la figure 5.17, se nomme chaîne polypeptidique. Cette dernière porte les différentes chaînes latérales (radicaux R) des
acides aminés. La longueur d’une chaîne polypeptidique va
de quelques monomères à plus d’un millier. Chaque polypeptide spécifique possède une séquence linéaire unique d’acides
aminés. Notez qu’à une extrémité (à gauche par convention)
se trouve un groupement amine libre, alors qu’à l’autre extrémité figure un groupement carboxyle libre. Donc un polypeptide de n’importe quelle longueur possède une extrémité
amine (N-terminale) et une extrémité carboxyle (C-terminale),
mais comme les chaînes latérales dépassent largement en
nombre les groupements terminaux, ce sont le type et la
séquence de ces chaînes qui déterminent la nature chimique
de la molécule dans son ensemble. L’immense diversité des
polypeptides présents dans la nature provient de la capacité
des cellules à utiliser un nombre limité d’acides aminés et à
les assembler en polymères selon une variété étonnante de
séquences, comme nous le verrons dans la section suivante.
Structure et fonction d’une protéine
Les activités spécifiques des protéines découlent de leur architecture tridimensionnelle complexe, dont le niveau le plus
simple est la séquence des acides aminés. Vers la fin des
années 1940 et au début des années 1950, Frederick Sanger et
ses collègues de la University of Cambridge, en Angleterre,
furent les premiers à déterminer la séquence des acides
aminés d’une hormone, l’insuline. Ils utilisèrent des agents
capables de scinder les polypeptides entre des acides aminés
connus ; par la suite, ils firent appel à des méthodes chimiques
pour établir la séquence des acides aminés de ces petits fragments. Après des années d’effort, Sanger et ses coéquipiers
réussirent à reconstituer la séquence complète des acides
aminés de l’insuline. Depuis ce temps, on a automatisé la
plupart des techniques utilisées pour établir la séquence d’un
polypeptide.
Une fois connue la séquence des acides aminés dans un
polypeptide, que peut-elle nous apprendre sur la structure tridimensionnelle (désignée couramment par le simple terme
« structure ») d’une protéine et sur sa fonction ? Le terme polypeptide n’est pas synonyme de protéine. Même dans le cas d’une
protéine composée d’un seul polypeptide, la relation entre
ces termes est analogue à celle qui existe entre un long fil de
laine et un chandail de forme et de taille particulières que
l’on peut tricoter avec le fil. Une protéine fonctionnelle n’est
pas seulement une chaîne polypeptidique, mais un ou plusieurs polypeptides entortillés, pliés et enroulés de façon à
créer une molécule de forme unique (figure 5.18). C’est la
séquence des acides aminés de chaque polypeptide qui détermine la structure tridimensionnelle que la protéine prendra
dans des conditions cellulaires normales.
Lorsqu’une cellule synthétise un polypeptide, la chaîne
polypeptidique se replie spontanément et adopte la structure
fonctionnelle convenant à la protéine. Ce processus est assuré
et renforcé par les différentes liaisons chimiques s’établissant
entre les parties de la chaîne et dépendant de la séquence des
acides aminés. De nombreuses protéines sont grossièrement
sphériques (protéines globulaires), tandis que d’autres prennent
la forme de longues fibres (protéines fibreuses). À l’intérieur
de ces deux vastes catégories, les variations possibles sont
innombrables.
H N
H
C
H
C
O
CH 2
CH 2
CH 3
S
N C
H
C
O
CH 2
OH
N
H
H
C
H
C
O
OH
SH
Liaison peptidique
CH 2
H
OH
H N
H
C
H
C
O
CH 2
CH 2
CH 3
Extrémité amine
(ou N-terminale)
Extrémité carboxyle
(ou C-terminale)
Formation d’une nouvelle
liaison peptidique
S
N C
H
C
O
CH 2
OH
N
H
H
C
H
C
O
OH
SH
Structure
répétitive
CH 2
Chaînes
latérales
Liaison
peptidique
H 2 O
m Figure 5.17 La formation d’une chaîne polypeptidique.
La liaison peptidique formée au cours d’une réaction de déshydratation
unit le groupement carboxyle d’un acide aminé au groupement amine
d’un autre acide aminé. Les liaisons peptidiques s’établissent une à une,
en commençant par l’acide aminé de l’extrémité amine (N-terminale).
Le polypeptide possède une structure répétitive (en violet) à laquelle les
chaînes latérales des acides aminés (en jaune et en vert) sont attachées.
FaItes un dessIn Encerclez et désignez les groupements carboxyle
et amine qui vont former la nouvelle liaison peptidique.
proton. (Remarque : tous les acides aminés possèdent des groupements carboxyle et amine ; les termes acide et basique font
ici uniquement référence à la nature des chaînes latérales.)
Les chaînes latérales acides et basiques sont hydrophiles en
raison de leur caractère ionique.
Les polymères d’acides aminés
Maintenant que nous avons passé en revue les acides aminés,
voyons comment ils se lient pour former des polymères
(figure 5.17). Lorsque deux acides aminés sont placés de telle
sorte que le groupement carboxyle de l’un se trouve à côté du
groupement amine de l’autre, une réaction de déshydratation
peut provoquer leur union avec perte d’une molécule d’eau.
Une liaison covalente appelée liaison peptidique s’établit
ainsi entre eux. Lorsque cette réaction se répète un certain
nombre de fois, il se forme un polypeptide : il s’agit d’un
polymère constitué de nombreux acides aminés unis par des
liaisons peptidiques.
La structure répétitive des atomes, encadrée de violet dans
la figure 5.17, se nomme chaîne polypeptidique. Cette dernière porte les différentes chaînes latérales (radicaux R) des
acides aminés. La longueur d’une chaîne polypeptidique va
de quelques monomères à plus d’un millier. Chaque polypeptide spécifique possède une séquence linéaire unique d’acides
aminés. Notez qu’à une extrémité (à gauche par convention)
se trouve un groupement amine libre, alors qu’à l’autre extrémité figure un groupement carboxyle libre. Donc un polypeptide de n’importe quelle longueur possède une extrémité
amine (N-terminale) et une extrémité carboxyle (C-terminale),
mais comme les chaînes latérales dépassent largement en
nombre les groupements terminaux, ce sont le type et la
séquence de ces chaînes qui déterminent la nature chimique
de la molécule dans son ensemble. L’immense diversité des
polypeptides présents dans la nature provient de la capacité
des cellules à utiliser un nombre limité d’acides aminés et à
les assembler en polymères selon une variété étonnante de
séquences, comme nous le verrons dans la section suivante.
Structure et fonction d’une protéine
Les activités spécifiques des protéines découlent de leur architecture tridimensionnelle complexe, dont le niveau le plus
simple est la séquence des acides aminés. Vers la fin des
années 1940 et au début des années 1950, Frederick Sanger et
ses collègues de la University of Cambridge, en Angleterre,
furent les premiers à déterminer la séquence des acides
aminés d’une hormone, l’insuline. Ils utilisèrent des agents
capables de scinder les polypeptides entre des acides aminés
connus ; par la suite, ils firent appel à des méthodes chimiques
pour établir la séquence des acides aminés de ces petits fragments. Après des années d’effort, Sanger et ses coéquipiers
réussirent à reconstituer la séquence complète des acides
aminés de l’insuline. Depuis ce temps, on a automatisé la
plupart des techniques utilisées pour établir la séquence d’un
polypeptide.
Une fois connue la séquence des acides aminés dans un
polypeptide, que peut-elle nous apprendre sur la structure tridimensionnelle (désignée couramment par le simple terme
« structure ») d’une protéine et sur sa fonction ? Le terme polypeptide n’est pas synonyme de protéine. Même dans le cas d’une
protéine composée d’un seul polypeptide, la relation entre
ces termes est analogue à celle qui existe entre un long fil de
laine et un chandail de forme et de taille particulières que
l’on peut tricoter avec le fil. Une protéine fonctionnelle n’est
pas seulement une chaîne polypeptidique, mais un ou plusieurs polypeptides entortillés, pliés et enroulés de façon à
créer une molécule de forme unique (figure 5.18). C’est la
séquence des acides aminés de chaque polypeptide qui détermine la structure tridimensionnelle que la protéine prendra
dans des conditions cellulaires normales.
Lorsqu’une cellule synthétise un polypeptide, la chaîne
polypeptidique se replie spontanément et adopte la structure
fonctionnelle convenant à la protéine. Ce processus est assuré
et renforcé par les différentes liaisons chimiques s’établissant
entre les parties de la chaîne et dépendant de la séquence des
acides aminés. De nombreuses protéines sont grossièrement
sphériques (protéines globulaires), tandis que d’autres prennent
la forme de longues fibres (protéines fibreuses). À l’intérieur
de ces deux vastes catégories, les variations possibles sont
innombrables.
H N
H
C
H
C
O
CH 2
CH 2
CH 3
S
N C
H
C
O
CH 2
OH
N
H
H
C
H
C
O
OH
SH
Liaison peptidique
CH 2
H
OH
H N
H
C
H
C
O
CH 2
CH 2
CH 3
Extrémité amine
(ou N-terminale)
Extrémité carboxyle
(ou C-terminale)
Formation d’une nouvelle
liaison peptidique
S
N C
H
C
O
CH 2
OH
N
H
H
C
H
C
O
OH
SH
Structure
répétitive
CH 2
Chaînes
latérales
Liaison
peptidique
H 2 O
m Figure 5.17 La formation d’une chaîne polypeptidique.
La liaison peptidique formée au cours d’une réaction de déshydratation
unit le groupement carboxyle d’un acide aminé au groupement amine
d’un autre acide aminé. Les liaisons peptidiques s’établissent une à une,
en commençant par l’acide aminé de l’extrémité amine (N-terminale).
Le polypeptide possède une structure répétitive (en violet) à laquelle les
chaînes latérales des acides aminés (en jaune et en vert) sont attachées.
FaItes un dessIn Encerclez et désignez les groupements carboxyle
et amine qui vont former la nouvelle liaison peptidique.