BP03: De la structure primaire à la structure quaternaire

Une protéine possède une structure complexe en trois dimensions qui est constituée par quatre niveaux. Trois de ces niveaux (structures primaire, secondaire et tertiaire) se retrouvent chaque fois tandis que le quatrième niveau (structure quaternaire) sous-entend que la protéine comprend plusieurs chaînes polypeptidiques.

Structure primaire
Des protéines sont des polymères comprenant un nombre spécifiques d’acides aminés disposés dans un ordre spécifique. Cet ordre, fourni par le code génétique, est désigné par l’expression structure primaire et représente la base de l’enroulement ultérieur de la chaîne protéinique.

Structure secondaire
Une chaîne protéinique n’est pas une molécule linéaire: localement, les chaînes vont s’enrouler d’une manière spécifique. Un exemple d’un tel enroulement régulier est l’hélice a. Des ponts hydrogène jouent un rôle important lors de la stabilisation de la structure secondaire.

Structure tertiaire
Les domaines hélicoïdaux peuvent à leur tour s’enrouler pour former une structure compacte. Dans la myoglobine, huit domaines à hélice alpha sont enroulés autour d’un hème local (représenté schématiquement en vert). Des interactions principalement non covalentes telles que des interactions électrostatiques, une formation de ponts hydrogène et des interactions dipolaire-dipolaire contribuent à la stabilisation de la structure tertiaire.

Structure quaternaire
Des protéines peuvent parfois se présenter dans la cellule sous la forme d’agrégats constitués par deux chaînes polypeptidiques enroulées ou plus, désignées par l’expression sous-unités. Ainsi, l’hémoglobine est constituée par quatre chaînes qui possèdent chacune une structure analogue à celle de la myoglobine.

La prévision de la structure en trois dimensions d’une protéine via des simulations sur ordinateur sur base de la structure primaire représente pour la plupart des protéines, jusqu’à présent de beaux projets, bien que cela soit tout à fait possible pour la structure secondaire. Toutefois, lorsqu’on parvient à cristalliser la protéine, on peut déterminer par expérience, en utilisant la technique de diffraction des rayons X, la structure en trois dimensions. Une partie importante de la connaissance de la structure en trois dimensions et de la relation structure-activité des protéines se base par conséquent sur cette technique.