92 première partie La chimie de la vie
L’anémie à hématies falciformes :
un changement dans la structure primaire
Bien que certains acides aminés d’un polypeptide puissent
être remplacés par d’autres sans affecter sa fonction, un petit
changement dans la structure primaire d’une protéine peut
aussi avoir des effets désastreux : la protéine peut voir sa
structure modifiée et sa capacité de fonctionner entravée. Par
exemple, l’anémie à hématies falciformes (ou drépanocytose) est une maladie sanguine héréditaire causée par la
substitution, à la sixième position dans la structure primaire
de la chaîne b de l’hémoglobine normale, d’un seul acide
aminé (l’acide glutamique, qui est assez fortement hydrophile)
par un autre (la valine, qui est très hydrophobe). L’hémoglobine est la protéine des globules rouges (ou hématies,
érythrocytes) qui transporte le dioxygène. Les globules rouges
normaux ont la forme d’un disque biconcave (un peu à l’image
d’une chambre à air bien gonflée) dont le centre est occupé
par une fine membrane. Dans l’anémie à hématies falciformes,
l’hémoglobine anormale, moins soluble, a tendance à se cristalliser lorsque la concentration d’oxygène est faible, ce qui
entraîne une déformation caractéristique des globules rouges,
qui ressemblent à des faucilles (d’où l’appellation de falciforme) ou à des croissants (figure 5.21). Des crises douloureuses se produisent chez la personne atteinte lorsque les
cellules anguleuses s’agglomèrent dans les petits vaisseaux
sanguins, obstruant par le fait même la circulation. Les ravages
de la maladie constituent un exemple remarquable de l’effet
dévastateur que peut entraîner un simple changement dans
la structure primaire sur la fonction d’une protéine.
Les facteurs déterminant la structure
d’une protéine
Nous avons appris que la forme unique de chaque protéine
confère à celle-ci une fonction spécifique ; mais quels sont les
facteurs qui déterminent cette structure ? Nous connaissons
déjà une bonne partie de la réponse : une chaîne polypeptidique comportant une séquence particulière d’acides aminés
prend spontanément une forme tridimensionnelle. Cette
dernière résulte des interactions attractives qui ont lieu entre
les atomes et qui sont à la base des structures secondaire et tertiaire de la protéine. Ce repliement apparaît normalement de
manière spontanée lors de la synthèse de la protéine dans un
environnement cellulaire encombré, avec l’aide d’autres protéines. Cependant, il dépend également des conditions physiques et chimiques dans lesquelles baigne la protéine : si le pH,
la concentration en sels, la température ou d’autres facteurs
changent, les liaisons chimiques faibles et les interactions au
sein d’une protéine risquent de se rompre. La protéine se
déroule et perd sa forme originelle. Elle subit alors une dénaturation (figure 5.22) et devient biologiquement inactive.
La plupart des protéines se dénaturent si on les transfère
d’un milieu aqueux à un solvant non polaire, tels l’éther ou
le chloroforme ; la chaîne polypeptidique se replie de façon à
orienter ses régions hydrophobes à l’extérieur vers le solvant.
Val
1
His
2
Leu
3
Thr
4
Pro
5
Glu
6
Glu
7
Val
1
His
2
Leu
3
Thr
4
Pro
5
Val
6
Glu
7
Hémoglobine
normale
Hémoglobine des
hématies falciformes
Région hydrophobe
Les molécules ne s’associent pas ;
chacune transporte le dioxygène.
Sous-unité G
Sous-unité G
F
F
G
G
F
F
G
G
10 Rm
(2 000 w)
Hémoglobine normale
Hémoglobine des
hématies falciformes
Structure
primaire
Structures secondaire
et tertiaire
Structure
quaternaire
Fonction
Forme des globules rouges
Les cellules
normales sont
remplies de
molécules
d’hémoglobine
individuelles,
chacune
transportant
du dioxygène.
Les fibres
insolubles de
l’hémoglobine
anormale
entraînent une
déformation
caractéristique
des globules
rouges : ceux-ci
ressemblent à des
faucilles ou à des
croissants.
Les molécules interagissent les
unes avec les autres et cristallisent
sous forme de fibres insolubles ; la
capacité de transport du dioxygène
est considérablement réduite.
10 Rm
(2 000 w)
m Figure 5.21 La substitution dans une protéine d’un seul acide aminé par un autre acide aminé provoque
l’anémie à hématies falciformes.
FaItes des lIens Étant donné les caractéristiques chimiques des acides aminés valine et acide glutamique
(voir la figure 5.16), proposez une explication concernant l’effet important qu’entraîne la substitution de l’acide
glutamique par la valine sur la fonction d’une protéine.
L’anémie à hématies falciformes :
un changement dans la structure primaire
Bien que certains acides aminés d’un polypeptide puissent
être remplacés par d’autres sans affecter sa fonction, un petit
changement dans la structure primaire d’une protéine peut
aussi avoir des effets désastreux : la protéine peut voir sa
structure modifiée et sa capacité de fonctionner entravée. Par
exemple, l’anémie à hématies falciformes (ou drépanocytose) est une maladie sanguine héréditaire causée par la
substitution, à la sixième position dans la structure primaire
de la chaîne b de l’hémoglobine normale, d’un seul acide
aminé (l’acide glutamique, qui est assez fortement hydrophile)
par un autre (la valine, qui est très hydrophobe). L’hémoglobine est la protéine des globules rouges (ou hématies,
érythrocytes) qui transporte le dioxygène. Les globules rouges
normaux ont la forme d’un disque biconcave (un peu à l’image
d’une chambre à air bien gonflée) dont le centre est occupé
par une fine membrane. Dans l’anémie à hématies falciformes,
l’hémoglobine anormale, moins soluble, a tendance à se cristalliser lorsque la concentration d’oxygène est faible, ce qui
entraîne une déformation caractéristique des globules rouges,
qui ressemblent à des faucilles (d’où l’appellation de falciforme) ou à des croissants (figure 5.21). Des crises douloureuses se produisent chez la personne atteinte lorsque les
cellules anguleuses s’agglomèrent dans les petits vaisseaux
sanguins, obstruant par le fait même la circulation. Les ravages
de la maladie constituent un exemple remarquable de l’effet
dévastateur que peut entraîner un simple changement dans
la structure primaire sur la fonction d’une protéine.
Les facteurs déterminant la structure
d’une protéine
Nous avons appris que la forme unique de chaque protéine
confère à celle-ci une fonction spécifique ; mais quels sont les
facteurs qui déterminent cette structure ? Nous connaissons
déjà une bonne partie de la réponse : une chaîne polypeptidique comportant une séquence particulière d’acides aminés
prend spontanément une forme tridimensionnelle. Cette
dernière résulte des interactions attractives qui ont lieu entre
les atomes et qui sont à la base des structures secondaire et tertiaire de la protéine. Ce repliement apparaît normalement de
manière spontanée lors de la synthèse de la protéine dans un
environnement cellulaire encombré, avec l’aide d’autres protéines. Cependant, il dépend également des conditions physiques et chimiques dans lesquelles baigne la protéine : si le pH,
la concentration en sels, la température ou d’autres facteurs
changent, les liaisons chimiques faibles et les interactions au
sein d’une protéine risquent de se rompre. La protéine se
déroule et perd sa forme originelle. Elle subit alors une dénaturation (figure 5.22) et devient biologiquement inactive.
La plupart des protéines se dénaturent si on les transfère
d’un milieu aqueux à un solvant non polaire, tels l’éther ou
le chloroforme ; la chaîne polypeptidique se replie de façon à
orienter ses régions hydrophobes à l’extérieur vers le solvant.
Val
1
His
2
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2
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3
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7
Hémoglobine
normale
Hémoglobine des
hématies falciformes
Région hydrophobe
Les molécules ne s’associent pas ;
chacune transporte le dioxygène.
Sous-unité G
Sous-unité G
F
F
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G
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10 Rm
(2 000 w)
Hémoglobine normale
Hémoglobine des
hématies falciformes
Structure
primaire
Structures secondaire
et tertiaire
Structure
quaternaire
Fonction
Forme des globules rouges
Les cellules
normales sont
remplies de
molécules
d’hémoglobine
individuelles,
chacune
transportant
du dioxygène.
Les fibres
insolubles de
l’hémoglobine
anormale
entraînent une
déformation
caractéristique
des globules
rouges : ceux-ci
ressemblent à des
faucilles ou à des
croissants.
Les molécules interagissent les
unes avec les autres et cristallisent
sous forme de fibres insolubles ; la
capacité de transport du dioxygène
est considérablement réduite.
10 Rm
(2 000 w)
m Figure 5.21 La substitution dans une protéine d’un seul acide aminé par un autre acide aminé provoque
l’anémie à hématies falciformes.
FaItes des lIens Étant donné les caractéristiques chimiques des acides aminés valine et acide glutamique
(voir la figure 5.16), proposez une explication concernant l’effet important qu’entraîne la substitution de l’acide
glutamique par la valine sur la fonction d’une protéine.