La protéine finie : repliement, fonction et livraison

Molécule organique construite autour d'un carbone central (noté $\mathrm{C}_\alpha$) qui porte quatre groupes : un groupe amine $\ce{-NH2}$, un groupe carboxyle $\ce{-COOH}$, un atome d'hydrogène $\ce{-H}$, et un radical $\ce{-R}$ variable. C'est le radical $\ce{-R}$ — et lui seul — qui distingue un acide aminé d'un autre.

Il existe 20 radicaux $\ce{-R}$ différents dans le vivant, donc 20 acides aminés. Le radical fixe le caractère de chaque brique : petit ou volumineux, chargé ou neutre, polaire (aime l'eau, hydrophile) ou apolaire (fuit l'eau, hydrophobe). Ce caractère hydrophile/hydrophobe est la clé qui commandera plus tard le repliement (sections 2 et 3).

Liaison covalente qui unit le groupe carboxyle $\ce{-COOH}$ d'un acide aminé au groupe amine $\ce{-NH2}$ du suivant. La réaction élimine une molécule d'eau (condensation) et crée un lien $\ce{C-N}$ solide. Deux acides aminés liés forment un dipeptide ; une longue chaîne forme un polypeptide.

Une extrémité garde un $\ce{-NH2}$ libre (le N-terminal, le début), l'autre un $\ce{-COOH}$ libre (le C-terminal, la fin). Par convention on lit et on écrit toujours une protéine du N vers le C — exactement comme on lit un mot de gauche à droite. Ce sens n'est pas décoratif : le ribosome fabrique la chaîne dans ce sens, et la séquence lue à l'envers coderait une tout autre protéine.

• Structure primaire — Séquence d'acides aminés : l'ordre des perles (Ala, Arg, Asp…), dicté par le gène.
• Structure secondaire — Repliement local de la chaîne principale : les motifs réguliers hélice alpha et feuillet béta.
• Structure tertiaire — Structure tridimensionnelle : la forme globale d'une chaîne unique (ici la protéine P13).
• Structure quaternaire — Association de plusieurs chaînes polypeptidiques : ici l'hémoglobine (4 sous-unités).

La séquence exacte des acides aminés, du N-terminal au C-terminal. Elle est entièrement déterminée par la séquence des nucléotides du gène qui code la protéine. Un gène = une séquence d'acides aminés précise. C'est le niveau « texte » : la suite des lettres.

Les repliements locaux réguliers du squelette, stabilisés par des liaisons hydrogène entre les groupes polaires $\ce{C=O}$ et $\ce{N-H}$ de la chaîne principale (pas des radicaux). Deux motifs types :

• l'hélice alpha ($\alpha$) : le squelette s'enroule en tire-bouchon ;
• le feuillet béta ($\beta$) : des brins étirés s'alignent côte à côte comme les plis d'un accordéon.

La conformation native tridimensionnelle d'une protéine formée d'une seule chaîne. Les motifs secondaires (hélices, feuillets) se rangent dans l'espace, et surtout les chaînes latérales apolaires (hydrophobes) sont refoulées vers le centre, loin de l'eau, tandis que les chaînes latérales sont reliées entre elles par diverses liaisons. C'est le niveau qui donne à la protéine sa forme utile.

L'association de 2 polypeptides ou plus — pas forcément identiques — en un complexe fonctionnel. Toutes les protéines n'ont pas de structure quaternaire (une chaîne unique s'arrête à la tertiaire).

Le piège classique du QCM confond le niveau et la liaison qui le stabilise. Fixe cette correspondance.

La structure secondaire est tenue par les liaisons hydrogène du squelette ($\ce{C=O}$…$\ce{N-H}$), pas par les radicaux. Les structures tertiaire et quaternaire, elles, dépendent des chaînes latérales $\ce{-R}$. Dire « l'hélice $\alpha$ est stabilisée par les radicaux » est faux.