Les peptides et les protéines

Introduction

Les acides aminés s'enchaînent par liaisons peptidiques pour former des molécules de complexité croissante : le peptide (moins de 100 résidus) puis la protéine (plus de 100 résidus), macromolécule qui représente plus de la moitié du poids sec cellulaire et participe à toutes les fonctions vivantes — structure, transport, défense, catalyse, régulation. Certains peptides ont, indépendamment de toute protéine, un rôle biologique propre majeur : hormones (insuline, glucagon), antibiotiques, neurotransmetteurs. Comprendre leur structure et les méthodes de séquençage éclaire directement la structure des protéines, dont la conformation tridimensionnelle conditionne l'activité biologique. Nous étudierons d'abord les peptides (généralités, détermination de séquence, exemples d'intérêt biologique), puis les protéines (structure, propriétés, classification).

I. Les peptides

A. Définition et nomenclature

• Un peptide est un enchaînement d'acides aminés reliés par des liaisons peptidiques (liaison amide) : réaction entre le COOH du 1er AA et le NH2 du 2e AA, avec élimination d'eau. C'est une liaison covalente.
• Classification par taille : dipeptide (2 AA), tripeptide (3), tétrapeptide (4), oligopeptide (< 10), polypeptide (50-100), protéine (> 100 AA).

• Un peptide se lit de l'AA N-terminal (NH2 libre, placé à gauche) vers l'AA C-terminal (COOH libre, placé à droite). Les AA engagés dans deux liaisons peptidiques perdent leur identité et sont nommés « résidus aminoacyle » (suffixe -yl, ex. alanyl, tyrosyl) ; seul le résidu C-terminal conserve le nom complet de l'AA.

B. Propriétés de la liaison peptidique

• Hydrolysable en milieu acide concentré à chaud. Un peptide, porteur de nombreux groupements ionisables, possède un pHi. Sa mise en évidence (sauf di- et tripeptides) repose sur la réaction du biuret (complexe violet avec les ions cuivriques en milieu alcalin).
• La chaîne peptidique adopte une structure spatiale en zigzag (succession de -CH-, -C=O-, -NH-), les radicaux R étant rejetés à l'extérieur.

C. Détermination de la séquence d'un peptide

• 1. Composition en AA : hydrolyse acide (HCl 6M, 110°C — détruit le tryptophane, recherché alors par hydrolyse alcaline), puis identification/dosage par chromatographie échangeuse d'ions et réaction à la ninhydrine.
• 2. Séquençage — détermination de l'AA N-terminal :
• Dégradation de Sanger (DNFB) : substitution sur le NH2 libre, hydrolyse ménageant la liaison DNP-AA, identification chromatographique.
• Méthode au chlorure de dansyle : principe identique, avec un dérivé fluorescent.
• Méthode d'Edman (PITC) : cyclisation spontanée, rupture d'une seule liaison peptidique à chaque cycle — procédé automatisable, séquençage en routine jusqu'à 50 AA.
• Méthode enzymatique (aminopeptidases, exopeptidases) : détachement séquentiel de l'AA N-terminal.
• Détermination de l'AA C-terminal : carboxypeptidases A (tous sauf Gly, Arg, Lys) et B (spécifique des AA basiques C-terminaux, Arg/Lys) ; méthode chimique de l'hydrazinolyse (le résidu C-terminal seul reste sous forme d'AA libre).
• Fragmentation intra-chaîne (endopeptidases) : chaque protéase a une spécificité de coupure caractéristique.

• Méthodes chimiques complémentaires : bromure de cyanogène (coupure spécifique côté carboxylique de la méthionine), oxydation/réduction des ponts disulfures. Les fragments obtenus sont ensuite séquencés par la méthode d'Edman pour reconstituer la séquence complète.

D. Peptides d'intérêt biologique

• Glutathion (γ-glutamyl-cystéinyl-glycocolle) : tripeptide ubiquitaire, puissant antioxydant grâce à sa fonction thiol ; existe sous forme réduite (GSH) et oxydée (GSSG, pont disulfure). La glutathion réductase régénère le GSH à partir du NADPH,H+ de la voie des pentoses phosphates.
• Peptides hormonaux : ocytocine (contraction utérine, lactation) et vasopressine (hormone antidiurétique et hypertensive), de structure voisine mais d'effets très différents ; insuline (2 chaînes A et B liées par 2 ponts disulfure, hypoglycémiante) et glucagon (29 AA, hyperglycémiant), sécrétés respectivement par les cellules β et α des îlots de Langerhans.
• Peptides à activité antibiotique : pénicilline, bacitracine, d'origine bactérienne ou fongique.

II. Les protéines

A. Définition

• Macromolécules formées d'un grand nombre d'acides aminés reliés par liaisons peptidiques ; leur séquence, déterminée génétiquement, définit une conformation tridimensionnelle indispensable à l'activité biologique.

B. Les quatre niveaux de structure

• Structure primaire (covalente) : séquence des AA, incluant les ponts disulfure. C'est le seul niveau génétiquement codé ; les autres niveaux résultent de modifications post-traductionnelles.
• Structure secondaire : repliement local (3-30 résidus) stabilisé par des liaisons hydrogène entre C=O et N-H de la chaîne. Deux formes : l'hélice α (liaison hydrogène entre les résidus i et i+4 ; Asp, Glu, Arg, Lys la stabilisent, la proline la rompt) et le feuillet β (brins parallèles ou antiparallèles, ces derniers plus stables).

• Structure tertiaire : repliement global de la chaîne en une forme compacte (globulaire), stabilisée par liaisons covalentes (ponts disulfure), ioniques, hydrogène et interactions hydrophobes/Van der Waals. Les chaînes latérales polaires s'orientent vers la surface, les apolaires vers l'intérieur. Elle détermine la fonction biologique : sa perte constitue la dénaturation.
• Structure quaternaire : assemblage de plusieurs sous-unités (protomères) en un oligomère, par liaisons faibles. Exemple : l'hémoglobine, tétramère (2 chaînes α + 2 chaînes β) dont l'altération d'une sous-unité retentit sur toute la molécule (anémies).

• Dénaturation : perte de la conformation (rupture des liaisons secondaires/tertiaires), le plus souvent irréversible, causée par la chaleur, les pH extrêmes, les détergents anioniques (SDS), l'urée ou les sels de guanidine — perte de l'activité biologique.

C. Propriétés des protéines

• Physiques : solubilité variable (protéines globulaires solubles vs scléroprotéines de structure insolubles) ; cristallisation possible ; propriétés optiques (absorption UV à 280 nm liée aux résidus aromatiques ; réaction du biuret, complexe violet avec les ions cuivriques, absorption à 540 nm, base du dosage des protéines sériques) ; masse moléculaire (10 000 Da à plusieurs millions), déterminée par ultracentrifugation ou chromatographie de gel-filtration.
• Chimiques : composées de C, H, O, N et souvent S ; caractère amphotère (COOH/NH2 terminaux et radicaux R ionisables), avec un pHi propre à chaque protéine — base de l'électrophorèse des protéines sériques (EPS), qui sépare le protidogramme en fractions (albumine, α, β1, β2, γ-globulines).
• Biologiques : propriétés antigéniques (induction d'anticorps) ; activités spécifiques — enzymatique, hormonale, toxique (exotoxines bactériennes), antibiotique.

III. Classification des protéines

A. Les holoprotéines (uniquement des AA)

• Solubles globulaires : histones (nucléoprotéines, pHi = 10), sérumalbumine (60 % des protéines sériques, la plus mobile en électrophorèse, transport plasmatique et pression osmotique), sérumglobulines (40 %, α/β/γ).
• Solubles fibrillaires : fibrine (coagulation), actine et myosine (contraction musculaire).
• Insolubles fibrillaires (protéines de structure) : collagène (tissu conjonctif), kératines (peau, cheveu, ongle), fibroïne (soie).

B. Les hétéroprotéines (partie protéique + partie non protéique)

• Glycoprotéines : liaison covalente N- (sur l'asparagine) ou O-glycosidique (sur sérine/thréonine) ; localisées dans les membranes, le plasma et les tissus conjonctifs. Les glycoprotéines des groupes sanguins, portées par les hématies, doivent leur spécificité à leur séquence glucidique.

Conclusion

Les peptides et les protéines partagent la même unité de base, l'acide aminé, relié par la liaison peptidique. Leur étude structurale — composition, séquence (structure primaire), puis repliement en hélices, feuillets, structures tertiaire et quaternaire — explique comment une simple succession d'AA acquiert une fonction biologique précise, immédiatement perdue en cas de dénaturation. La très grande diversité fonctionnelle des protéines (holo- et hétéroprotéines) prépare l'étude de deux chapitres qui en dépendent directement : l'enzymologie, où cette structure tridimensionnelle façonne le site actif catalytique, et le métabolisme des acides aminés et des protéines, qui explore la synthèse et la dégradation de ces macromolécules.