Les protéines sont des substances organiques. Ces composés macromoléculaires sont caractérisés par une certaine composition et se décomposent en acides aminés lors de l'hydrolyse. Les molécules de protéines se présentent sous une grande variété de formes, dont beaucoup sont constituées de plusieurs chaînes polypeptidiques. Les informations sur la structure d'une protéine sont codées dans l'ADN et le processus de synthèse des protéines s'appelle la traduction.
Composition chimique des protéines
La protéine moyenne contient:
- 52% carbone;
- 7 % d'hydrogène;
- 12 % d'azote;
- 21 % d'oxygène;
- 3 % de soufre.
Les molécules de protéines sont des polymères. Afin de comprendre leur structure, il est nécessaire de savoir quels sont leurs monomères, les acides aminés.
Acides aminés
Ils sont généralement divisés en deux catégories: se produisent constamment et se produisent occasionnellement. Les premiers comprennent 18 monomères protéiques et 2 autres amides: les acides aspartique et glutamique. Parfois, il n'y a que trois acides.
Ces acides peuvent être classés de plusieurs manières: par la nature des chaînes latérales ou la charge de leurs radicaux, ils peuvent également être divisés par le nombre de groupes CN et COOH.
Structure primaire des protéines
La séquence d'acides aminés dans une chaîne protéique détermineses niveaux ultérieurs d'organisation, de propriétés et de fonctions. Le principal type de liaison entre les monomères est le peptide. Il est formé en séparant l'hydrogène d'un acide aminé et un groupe OH d'un autre.
Le premier niveau d'organisation d'une molécule de protéine est la séquence d'acides aminés qu'elle contient, simplement une chaîne qui détermine la structure des molécules de protéine. Il se compose d'un "squelette" qui a une structure régulière. Il s'agit d'une séquence répétitive -NH-CH-CO-. Les chaînes latérales séparées sont représentées par des radicaux d'acides aminés (R), leurs propriétés déterminent la composition de la structure des protéines.
Même si la structure des molécules de protéines est la même, leurs propriétés ne peuvent différer que par le fait que leurs monomères ont une séquence différente dans la chaîne. La disposition des acides aminés dans une protéine est déterminée par les gènes et dicte certaines fonctions biologiques à la protéine. La séquence des monomères dans les molécules responsables de la même fonction est souvent proche dans différentes espèces. De telles molécules - d'organisation identique ou similaire et remplissant les mêmes fonctions dans différents types d'organismes - sont des protéines homologues. La structure, les propriétés et les fonctions des futures molécules sont déjà définies au stade de la synthèse de la chaîne d'acides aminés.
Quelques caractéristiques communes
La structure des protéines est étudiée depuis longtemps, et l'analyse de leur structure primaire nous a permis de faire quelques généralisations. La plupart des protéines sont caractérisées par la présence de l'ensemble des vingt acides aminés, dont on trouve surtout beaucoup de glycine, alanine, acide aspartique, glutamine et peu de tryptophane, arginine, méthionine,histidine. Les seules exceptions sont certains groupes de protéines, par exemple les histones. Ils sont nécessaires pour le conditionnement de l'ADN et contiennent beaucoup d'histidine.
Deuxième généralisation: dans les protéines globulaires, il n'y a pas de modèle général d' alternance des acides aminés. Mais même les polypeptides dont l'activité biologique est distante ont de petits fragments identiques de molécules.
Structure secondaire
Le deuxième niveau d'organisation de la chaîne polypeptidique est son arrangement spatial, qui est soutenu par des liaisons hydrogène. Allouer l'hélice α et le pli β. Une partie de la chaîne n'a pas de structure ordonnée, de telles zones sont dites amorphes.
L'hélice alpha de toutes les protéines naturelles est à droite. Les radicaux latéraux des acides aminés dans l'hélice sont toujours tournés vers l'extérieur et sont situés sur les côtés opposés de son axe. S'ils ne sont pas polaires, ils sont regroupés sur un côté de la spirale, ce qui donne des arcs qui créent des conditions pour la convergence de différentes sections de spirale.
Les plis bêta - des spirales très allongées - ont tendance à être situés côte à côte dans la molécule de protéine et à former des couches plissées β parallèles et non parallèles.
Structure des protéines tertiaires
Le troisième niveau d'organisation d'une molécule de protéine est le repliement de spirales, de plis et de sections amorphes en une structure compacte. Cela est dû à l'interaction des radicaux latéraux des monomères les uns avec les autres. Ces connexions sont divisées en plusieurs types:
- des liaisons hydrogène se forment entre les radicaux polaires;
- hydrophobe– entre groupes R non polaires;
- forces d'attraction électrostatiques (liaisons ioniques) – entre groupes dont les charges sont opposées;
- ponts disulfure entre les radicaux cystéine.
Le dernier type de liaison (–S=S-) est une interaction covalente. Les ponts disulfure renforcent les protéines, leur structure devient plus durable. Mais de telles connexions ne sont pas nécessaires. Par exemple, il peut y avoir très peu de cystéine dans la chaîne polypeptidique, ou ses radicaux sont situés à proximité et ne peuvent pas créer de "pont".
Le quatrième niveau d'organisation
Toutes les protéines ne forment pas une structure quaternaire. La structure des protéines au quatrième niveau est déterminée par le nombre de chaînes polypeptidiques (protomères). Ils sont reliés entre eux par les mêmes liaisons que le niveau d'organisation précédent, à l'exception des ponts disulfures. Une molécule est constituée de plusieurs protomères, chacun ayant sa propre structure tertiaire spéciale (ou identique).
Tous les niveaux d'organisation déterminent les fonctions que les protéines résultantes rempliront. La structure des protéines au premier niveau d'organisation détermine très précisément leur rôle ultérieur dans la cellule et le corps dans son ensemble.
Fonctions des protéines
Il est difficile d'imaginer à quel point le rôle des protéines dans l'activité cellulaire est important. Ci-dessus, nous avons examiné leur structure. Les fonctions des protéines en dépendent directement.
Remplissant une fonction de construction (structurelle), ils forment la base du cytoplasme de toute cellule vivante. Ces polymères sont le matériau principal de toutes les membranes cellulaires lorsquesont complexés avec des lipides. Cela inclut également la division de la cellule en compartiments, chacun ayant ses propres réactions. Le fait est que chaque complexe de processus cellulaires nécessite ses propres conditions, en particulier le pH du milieu joue un rôle important. Les protéines construisent de fines cloisons qui divisent la cellule en soi-disant compartiments. Et le phénomène lui-même s'appelle la compartimentation.
La fonction catalytique est de réguler toutes les réactions de la cellule. Toutes les enzymes sont des protéines simples ou complexes à l'origine.
Tout type de mouvement d'organismes (travail des muscles, mouvement du protoplasme dans une cellule, scintillement des cils chez les protozoaires, etc.) est effectué par des protéines. La structure des protéines leur permet de se déplacer, de former des fibres et des anneaux.
La fonction de transport est que de nombreuses substances sont transportées à travers la membrane cellulaire par des protéines porteuses spéciales.
Le rôle hormonal de ces polymères est immédiatement clair: un certain nombre d'hormones sont des protéines de structure, par exemple l'insuline, l'ocytocine.
La fonction de rechange est déterminée par le fait que les protéines sont capables de former des dépôts. Par exemple, la valgumine d'œuf, la caséine de lait, les protéines de graines végétales - elles stockent une grande quantité de nutriments.
Tous les tendons, les articulations, les os du squelette, les sabots sont formés de protéines, ce qui nous amène à leur fonction suivante: le soutien.
Les molécules protéiques sont des récepteurs qui effectuent la reconnaissance sélective de certaines substances. Dans ce rôle, les glycoprotéines et les lectines sont particulièrement connues.
Le plus importantfacteurs d'immunité - les anticorps et le système du complément par origine sont des protéines. Par exemple, le processus de coagulation du sang est basé sur des modifications de la protéine fibrinogène. Les parois internes de l'œsophage et de l'estomac sont tapissées d'une couche protectrice de protéines muqueuses - les licines. Les toxines sont également des protéines à l'origine. La base de la peau qui protège le corps des animaux est le collagène. Toutes ces fonctions protéiques sont protectrices.
Eh bien, la dernière fonction est réglementaire. Il existe des protéines qui contrôlent le travail du génome. C'est-à-dire qu'ils réglementent la transcription et la traduction.
Quelle que soit l'importance du rôle des protéines, la structure des protéines a été dévoilée par les scientifiques depuis longtemps. Et maintenant, ils découvrent de nouvelles façons d'utiliser ces connaissances.
