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Protéines

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BY = Mme BENHAMZA

1- Acide aminés

Les acides aminés sont les monomères de protides (doc 1).

Un atome de carbone asymétrique est relié par des liaisons simples à 4 atomes ou groupes d’atomes différents. Les atomes de carbone asymétriques sont identifiés par une étoile soit C*.

Document 1 : Structure générale d’un acide aminé (Source : http://sites.crdp-aquitaine.fr/)

La représentation de Fischer d’un acide aminé permet de représenter l’atome de carbone asymétrique au centre et d’orienter la fonction carboxyle vers le haut et le radical vers le bas. Cela conduit à deux configurations spatiales différentes (doc 2) selon la position du groupement amine liée au carbone asymétrique :

  • les acides aminés ayant leur groupement amine à gauche font partie de la série L
  • les acides aminés ayant leur groupement amine à droite font partie de la série D.

Les acides aminés synthétisées par les êtres vivants appartiennent à la série L.

Document 2 : Structure des séries D et L des acides aminés (Source : http://biochimej.univ-angers.fr/)

2- Structure primaire d’une protéine

Les protéines sont des polymères des protides composés de plusieurs acides aminés reliés entre eux par des liaisons peptidiques.

Selon le nombre d’acides aminés, les polymères protidiques présentent un nom spécifique :

  • un dipeptide est un dimère protidique composé de 2 acides aminés reliés par une liaison peptidique ;
  • un tripeptide (doc 3) est un polymère protidique composé de 3 acides aminés reliés par des liaisons peptidiques ;
  • un oligopeptide est un polymère protidique composé de moins de 12 acides aminés reliés par des liaisons peptidiques ;
  • un peptide est un polymère protidique composé de moins de 50 acides aminés reliés par des liaisons peptidiques ;
  • un polypeptide est un polymère protidique composé de 50 à 100 acides aminés reliés par des liaisons peptidiques ;
  • une protéine est un polymère protidique composé de plus de 100 acides aminés reliés par des liaisons peptidiques.

Une liaison peptidique (docs 3 et 6) est une liaison amide soit :

  • le groupe C=O provenant de l’acide aminé précédent la liaison peptidique
  • le groupe N-H provenant de l’acide aminé qui suit la liaison.

Un polymère protidique comme un peptide ou une protéine possède deux extrémités (docs 3 et 6) :

  • l’extrémité N-terminale formée par la fonction amine libre du premier acide aminé
  • l’extrémité C-terminale formée par la fonction carboxyle libre du dernier acide aminé.

La structure primaire réside dans l’enchaînement des acides aminés reliés par des liaisons peptidiques (docs 3 et 5 et 7).

Document 3 : Structure d’un tripeptide (Source : https://rnbio.upmc.fr/)

3- Structure secondaire d’une protéine

La structure secondaire (docs 4 et 5 et 7) d’une protéine se résume en la présence d’hélice alpha, des feuillets beta ainsi que les coudes.

Document 4 : Structure secondaire des protéines (Source : http://spiralconnect.univ-lyon1.fr/)

4- Structure tertiaire d’une protéine

Pour l’obtention de la structure tertiaire (docs 5 et 7) d’une protéine, il existe 4 types de liaisons :

  • l’interaction hydrophobe : il s’agit d’une liaison entre deux groupes d’atomes hydrophobes
  • la liaison hydrogène : il s’agit d’une liaison formée entre des électrons d’un atome peu électronégatif et d’un atome très électronégatif
  • la liaison ionique : il s’agit d’une liaison formée entre deux atomes de charges opposées
  • le pont disulfure : il s’agit d’une liaison covalente entre 2 roupements thiols SH ce qui forme S-S.

Document 5 : Les différentes structures existants d’ans une protéine (Source : https://www.cours-pharmacie.com/)

5- Structure quaternaire d’une protéine

La structure quaternaire (docs 5 et 7) est définie par la composition de plusieurs polypeptides chez certaines protéines.

Document 6 : Vidéo explicative des protéines, des polymères d’acides aminés en 3 min 10 (Source : Le Lab’STL)
Document 7 : Vidéo explicative sur la structure tridimensionnelle des protéines en 4 min 43 (Source : Le Lab’STL)

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Traduction

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BY = Mme BENHAMZA

La traduction est un mécanisme au cours duquel il y a synthèse de protéine à partir de l’ARNm. Pour cela, on utilise le code génétique qui est la correspondance entre l’enchaînement des nucléotides et les 20 acides aminés formant les protéines.

  1. Le code génétique

Pour permettre de coder ces 20 acides aminés naturels avec seulement 4 bases azotées, il faut regrouper les nucléotides 3 par 3. De tels ensembles de 3 nucléotides sont des triplets de nucléotides présent sur l’ARNm sont appelés codons.

Le code génétique est, en résumé :

  • un code de correspondance entre un codon et l’acide aminé correspondant
  • universel (valable chez tous les être vivants)
  • dégénéré ou redondant puisque pour un même acide aminé peut être codé par plusieurs codons mais l’inverse est faux.

Les codons « stop » (UAA, UAG et UGA) indique la fin de la synthèse de la protéine.

Le codon initiateur (AUG) indique le début de la synthèse de la protéine mais code aussi pour la méthionine.

Il existe plusieurs présentations du code génétique (doc 1).

Document 1 : Le code génétique (source : https://planet-vie.ens.fr/)

2. Les acteurs de la traduction

Nous l’avons vu précédemment, les différentes molécules intervenant dans la synthèse protéique sont :

  • ARNm
  • Ribosomes
  • ARNt dont la une structure particulière.

Un ribosome est une molécule composée de protéines et d’ARNr (= ARN ribosomal). Il est constitué de 2 sous-unités : une petite sous-unité et une grosse sous-unité. Cette dernière comporte 2 sites : un site P (pour peptide) et site A. (doc 2)

Document 2 : Structure du ribosome (source : https://www.researchgate.net/)

L’ARNt comporte 2 régions particulières :

  • une région appelée anticodon qui est complémentaire d’un codon donné ;
  • une région qui peut fixer spécifiquement un acide aminé.

Il existe autant d’ARNt qu’il existe de codons.

Document 3 : Structure de l’ARNt (source : http://www.lacim.uqam.ca/)

3. Mécanisme de la traduction

A partir du document 9, compléter le texte ci-dessous.

A- Etape d’initiation

L’initiation marque le début de la synthèse protéique. Ainsi, durant ce processus :

  • le début d’1 gène est signalé par un codon initiateur AUG présent sur l’ARNm ;
  • les 2 sous-unités du ribosome se fixe sur le codon initiateur ;
  • le site P recouvre le codon AUG et le site A le codon suivant de l’ARNm ;
  • les 2 sites (P et A) accueillent l’ARNt ayant le bon anticodon ;
  • la formation d’une liaison peptidique entre les 2 acides aminés portés par les ARNt.

B- Etape d’élongation

L’élongation marque l’allongement de la chaîne d’acides aminés. Ainsi, durant ce processus :

  • le ribosome se déplace sur l’ARNm ;
  • on a la libération de l’ARNt du 1er acide aminé ;
  • le site P accueille le 2nd acide aminé et le site A le suivant (le 3ème) ;
  • et le même processus se poursuit.

C- Etape de terminaison

L’étape de terminaison marque la fin de l’élongation de la chaîne d’acides aminés (chaîne peptidique). Ainsi, durant ce processus :

  • le ribosome rencontre un des 3 codons stop (UAA, UAG ou UGA) ;
  • l’ARNt correspondant à un de ces codons ne porte pas d’acide aminé ;
  • il n’y a pas d’acide aminé sur le site A ;
  • la chaîne d’acides aminés est alors libérée par le ribosome ;
  • les 2 sous-unités du ribosome se séparent ;
  • des enzymes enlèvent le 1er acide aminé (Methionine) qui correspond au codon initiateur ;
  • les protéines peuvent aller dans le RE et l’app de Golgi pour d’autres modifications.

Remarque : Un même ARNm peut être traduit plusieurs fois avant sa dégradation afin d’avoir une synthèse protéique plus importante.

Il faut savoir qu’un polysome est composé de plusieurs ribosomes réalisant la traduction d’un même ARNm en même temps, les uns à la suite des autres.

De nombreuses vidéos illustrent la traduction (docs 4 et 5) ainsi qu’une animation (doc 6).

Document 4 : Mécanisme de la traduction en vidéo de 3 min 15 (Source : WANIS BIROUK, en français)
Document 5 : Mécanisme de la traduction en vidéo de 2 min 41 (source : yourgenome, en anglais)

http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0025-2
Document 6 : Animation explicative de la traduction