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Les protéines
Une protéine est une grande molécule formée d’une ou plusieurs chaînes d’acides aminés, repliées en une forme précise. Cette forme détermine sa fonction : enzyme, hormone, anticorps, transporteur ou élément de structure.
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Les protéines sont les principales « machines » du vivant. L'ADN contient l’information, mais ce sont les protéines qui accomplissent presque tout le travail de la cellule : elles catalysent les réactions chimiques, transportent l’oxygène, contractent les muscles, défendent l’organisme et donnent leur solidité à la peau et aux os. Le mot, forgé en 1838 à partir du grec prôteios (« de premier rang »), dit bien leur importance.
De quoi est faite une protéine ?
Les acides aminés
Une protéine est un polymère : une longue chaîne d’unités appelées acides aminés. Le vivant en utilise 20 principaux (plus deux plus rares, la sélénocystéine et la pyrrolysine). Chaque acide aminé possède une partie commune (un groupe amine –NH2 et un groupe acide –COOH) et une chaîne latérale propre, qui lui donne ses propriétés : hydrophile ou hydrophobe, chargée ou neutre, petite ou encombrante.
Deux acides aminés se lient par une liaison peptidique, en libérant une molécule d’eau. Une courte chaîne s’appelle un peptide ; au-delà d’une cinquantaine d’acides aminés, on parle de protéine. La plupart en comptent quelques centaines ; la titine, protéine géante du muscle, en compte plus de 30 000.
Les acides aminés essentiels
Le corps humain sait fabriquer une partie des acides aminés, mais pas tous. Les neuf acides aminés essentiels doivent être apportés par l’alimentation : histidine, isoleucine, leucine, lysine, méthionine, phénylalanine, thréonine, tryptophane et valine.
Les quatre niveaux de structure
La fonction d’une protéine dépend entièrement de sa forme. On décrit cette forme à quatre niveaux.
| Niveau | Description | Liaisons en jeu |
|---|---|---|
| Structure primaire | La séquence des acides aminés, dans l’ordre | Liaisons peptidiques |
| Structure secondaire | Repliements locaux réguliers : hélices alpha et feuillets bêta | Liaisons hydrogène |
| Structure tertiaire | Repliement de toute la chaîne en une forme 3D unique | Interactions entre chaînes latérales, ponts disulfure |
| Structure quaternaire | Association de plusieurs chaînes (sous-unités) | Interactions faibles entre chaînes |
L’hémoglobine, par exemple, est formée de quatre sous-unités, chacune capable de fixer une molécule d’oxygène. Une seule erreur dans la séquence peut tout changer : dans la drépanocytose, le remplacement d’un seul acide aminé (une valine à la place d’un acide glutamique) déforme l’hémoglobine et les globules rouges.
La dénaturation
La chaleur, un pH extrême ou certains solvants peuvent détruire la structure tridimensionnelle sans rompre la chaîne : la protéine est dénaturée et perd sa fonction. C’est ce qui se passe quand le blanc d’œuf, riche en ovalbumine, devient blanc et solide à la cuisson. C’est aussi pourquoi une forte fièvre prolongée est dangereuse.
Comment le corps fabrique-t-il ses protéines ?
La recette de chaque protéine est inscrite dans un gène. Sa fabrication, la synthèse des protéines, se déroule en deux étapes :
- La transcription : dans le noyau, le gène est recopié en ARN messager.
- La traduction : dans le cytoplasme, les ribosomes lisent l’ARN messager trois lettres par trois lettres (un codon) et assemblent les acides aminés correspondants, apportés par les ARN de transfert.
La correspondance entre codons et acides aminés s’appelle le code génétique ; il est quasi universel, identique chez la bactérie et chez l’être humain. Le génome humain compte environ 20 000 gènes codant des protéines, mais l’organisme produit bien davantage de protéines différentes, grâce à l’épissage alternatif et aux modifications après la traduction.
À quoi servent les protéines ?
| Fonction | Exemples |
|---|---|
| Catalyse des réactions | Les enzymes : amylase, pepsine, ADN polymérase |
| Structure et soutien | Collagène (peau, tendons, os), kératine (cheveux, ongles) |
| Transport | Hémoglobine (oxygène), albumine, canaux et pompes membranaires |
| Mouvement | Actine et myosine (contraction musculaire) |
| Défense | Anticorps du système immunitaire |
| Communication | Hormones protéiques (insuline, hormone de croissance), récepteurs |
| Réserve | Ovalbumine de l’œuf, caséine du lait |
Le collagène est la protéine la plus abondante du corps humain : il représente environ un quart à un tiers de ses protéines.
Des protéines alimentaires aux protéines du corps
Le corps ne réutilise pas telles quelles les protéines qu’il mange : la digestion les découpe en acides aminés, absorbés par l’intestin, à partir desquels chaque cellule assemble ses propres protéines selon les instructions de ses gènes. Les besoins quotidiens, les aliments les plus riches et l’équilibre entre sources animales et végétales sont détaillés dans la fiche santé protéines : besoins et aliments.
Le défi du repliement
Prédire la forme d’une protéine à partir de sa seule séquence a longtemps été l’un des grands problèmes de la biologie. Le programme d’intelligence artificielle AlphaFold, présenté par DeepMind en 2020, a permis de prédire avec une grande précision la structure de la quasi-totalité des protéines connues. Ces travaux ont été récompensés par le prix Nobel de chimie 2024, partagé avec David Baker pour la conception de protéines nouvelles.
Certaines maladies viennent d’un mauvais repliement : dans la maladie d’Alzheimer, des protéines mal repliées s’agrègent dans le cerveau ; dans les maladies à prions, comme la maladie de Creutzfeldt-Jakob, une protéine mal repliée entraîne le mauvais repliement de ses voisines.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre protéine et acide aminé ?
L’acide aminé est la brique, la protéine est le mur. Une protéine est une chaîne de dizaines à milliers d’acides aminés, repliée en une forme précise.
Combien de protéines différentes y a-t-il dans le corps humain ?
On compte environ 20 000 gènes codant des protéines, mais grâce aux variantes produites à partir d’un même gène et aux modifications chimiques, le nombre de formes protéiques différentes se compte en centaines de milliers au moins.
Pourquoi le blanc d’œuf durcit-il à la cuisson ?
La chaleur dénature ses protéines : elles se déplient puis s’agglomèrent en un réseau solide qui diffuse la lumière, d’où la couleur blanche. Le phénomène est irréversible.