PROTÉINES STRUCTURALES: FONCTIONS, EXEMPLES ET CARACTÉRISTIQUES - LA BIOLOGIE - 2025

Les protéines structurales sont des protéines majeures présentes dans toutes les cellules eucaryotes, c'est-à-dire que les cellules sont à la fois animales et végétales. Ceux-ci font partie de structures biologiques très diverses telles que la peau, les cheveux, la toile d'araignée, la soie, le tissu conjonctif, les parois cellulaires végétales, etc.

Bien que le terme «protéine structurale» soit couramment utilisé pour désigner des protéines telles que le collagène, la kératine et l'élastine, il existe également des protéines structurelles intracellulaires importantes qui contribuent au maintien de la structure interne des cellules.

Photographie de fibres de collagène de type I, une classe de protéines structurelles (Source: Louisa Howard via Wikimedia Commons)

Ces protéines, appartenant au cytosquelette, contrôlent également la localisation subcellulaire des organites et assurent le transport et la communication entre elles.

Certaines protéines structurales ont été étudiées en détail et ont permis une meilleure compréhension de la structure générale des protéines. Des exemples de ceux-ci sont la fibroïne de soie, le collagène et autres.

A partir de l'étude de la fibroïne de soie, par exemple, la structure protéique secondaire des feuillets pliés en β a été décrite et, des premières études réalisées avec le collagène, la structure secondaire en triple hélice a été déduite.

Par conséquent, les protéines structurelles sont essentielles à la fois dans les cellules individuelles et dans les tissus qu'elles constituent.

Caractéristiques

Les fonctions des protéines structurales sont assez diverses, et dépendent avant tout du type de protéine en question. Cependant, on pourrait dire que sa fonction principale est de maintenir l'intégrité structurelle des cellules et, dans un sens plus large, de la structure corporelle.

En ce qui concerne les protéines de structure corporelle, la kératine, par exemple, a des fonctions de protection et de couverture, de défense, de mouvement, entre autres.

L'épiderme de la peau des mammifères et autres animaux comporte un grand nombre de filaments constitués de kératine. Cette couche a des fonctions de protection du corps contre différents types de facteurs de stress ou de facteurs nocifs.

Les épines et les piquants, ainsi que les cornes et les becs, les griffes et les ongles, qui sont des tissus kératinisés, ont des fonctions à la fois dans la protection et dans la défense du corps.

Industriellement, la laine et les poils de nombreux animaux sont exploités pour la fabrication de vêtements et d'autres types de vêtements, ils ont donc une importance supplémentaire, du point de vue anthropocentrique.

Protéines structurales cellulaires

Du point de vue cellulaire, les protéines structurales ont des fonctions transcendantales, puisqu'elles constituent la charpente interne qui donne à chaque cellule sa forme caractéristique: le cytosquelette.

Dans le cadre du cytosquelette, les protéines structurales telles que l'actine, la tubuline, la myosine et autres participent également aux fonctions de transport et de communication interne, ainsi qu'aux événements de mobilité cellulaire (dans les cellules capables de se déplacer).

L'existence de cils et de flagelles, par exemple, dépend fortement des protéines structurales qui composent les filaments épais et minces, constitués d'actine et de tubuline.

Exemples de protéines structurales et leurs caractéristiques

Puisqu'il existe une grande diversité de protéines structurales, seuls des exemples des organismes eucaryotes les plus importants et les plus abondants seront donnés ci-dessous.

Les bactéries et autres procaryotes, ainsi que les virus, possèdent également des protéines structurelles importantes dans leurs corps cellulaires, cependant, la plupart de l'attention se concentre sur les cellules eucaryotes.

-Actine

L'actine est une protéine qui forme des filaments (filaments d'actine) appelés microfilaments. Ces microfilaments sont très importants dans le cytosquelette de toutes les cellules eucaryotes.

Les filaments d'actine sont des polymères hélicoïdaux à deux chaînes. Ces structures flexibles ont un diamètre de 5 à 9 nm et sont organisées sous forme de faisceaux linéaires, de réseaux bidimensionnels ou de gels tridimensionnels.

L'actine est distribuée dans toute la cellule, cependant, elle est particulièrement concentrée dans une couche ou un cortex attaché à la face interne de la membrane plasmique car elle est une partie fondamentale du cytosquelette.

-Collagène

Le collagène est une protéine présente chez les animaux et est particulièrement abondante chez les mammifères, qui possèdent au moins 20 gènes différents codant pour les différentes formes de cette protéine que l'on retrouve dans leurs tissus.

On le trouve principalement dans les os, les tendons et la peau, où il constitue plus de 20% de la masse protéique totale des mammifères (plus que le pourcentage de toute autre protéine).

Dans les tissus conjonctifs où il se trouve, le collagène constitue une partie importante de la partie fibreuse de la matrice extracellulaire (qui est également composée d'une substance fondamentale), où il forme des fibres élastiques qui supportent des forces de traction importantes.

Structure des fibres de collagène

Les fibres de collagène sont composées de sous-unités uniformes de molécules de tropocollagène, qui mesurent 280 nm de long et 1,5 nm de diamètre. Chaque molécule de tropocollagène est composée de trois chaînes polypeptidiques appelées chaînes alpha, qui s'associent les unes aux autres comme une triple hélice.

Chacune des chaînes alpha a environ 1000 résidus d'acides aminés, où la glycine, la proline, l'hydroxyproline et l'hydroxylysine sont très abondantes (ce qui est également vrai pour d'autres protéines structurelles comme la kératine).

Selon le type de fibre de collagène considéré, elles se trouvent à différents endroits et ont des propriétés et des fonctions différentes. Certains sont spécifiques aux os et à la dentine, tandis que d'autres font partie du cartilage, etc.

-Kératine

La kératine est la protéine structurelle la plus importante des kératinocytes, l'un des types de cellules les plus abondants dans l'épiderme. C'est une protéine fibreuse insoluble qui se trouve également dans les cellules et les téguments de nombreux animaux.

Après le collagène, la kératine est la deuxième protéine la plus abondante dans le corps des mammifères. En plus d'être une partie substantielle de la couche la plus externe de la peau, il s'agit de la principale protéine structurelle des cheveux et de la laine, des ongles, des griffes et des sabots, des plumes et des cornes.

Dans la nature, il existe différents types de kératines (analogues aux différents types de collagène), qui ont des fonctions différentes. Les kératines alpha et bêta sont les plus connues. Les premiers forment les ongles, les cornes, les piquants et l'épiderme des mammifères, tandis que les seconds sont abondants dans les becs, les écailles et les plumes des reptiles et des oiseaux.

-Élastine

L'élastine, une autre protéine d'origine animale, est un composant clé de la matrice extracellulaire et joue un rôle important dans l'élasticité et la résilience de nombreux tissus chez les animaux vertébrés.

Ces tissus comprennent les artères, les poumons, les ligaments et les tendons, la peau et le cartilage élastique.

L'élastine comprend plus de 80% des fibres élastiques présentes dans la matrice extracellulaire et est entourée de microfibrilles composées de diverses macromolécules. La structure des matrices constituées de ces fibres varie entre les différents tissus.

Dans les artères, ces fibres élastiques s'organisent en anneaux concentriques autour de la lumière artérielle; Dans les poumons, les fibres d'élastine forment un réseau mince dans tout l'organe, se concentrant dans des zones telles que les ouvertures des alvéoles.

Dans les tendons, les fibres d'élastine sont orientées parallèlement à l'organisation tissulaire, et dans le cartilage élastique, elles sont disposées dans une configuration tridimensionnelle similaire à un nid d'abeille.

-Extensines

Les parois cellulaires végétales sont principalement composées de cellulose, cependant, certaines des protéines associées à cette structure ont également une pertinence fonctionnelle et structurelle.

Les extensines sont l'une des protéines de paroi les plus connues et sont caractérisées par la séquence pentapétidique répétée Ser- (Hyp) 4. Ils sont riches en résidus basiques comme la lysine, ce qui contribue à leur interaction avec les autres composants de la paroi cellulaire.

Sa fonction a à voir avec le durcissement ou le renforcement des murs. Comme avec d'autres protéines structurales chez les animaux, il existe chez les plantes différents types d'extensines, qui sont exprimées par différents types de cellules (toutes les cellules ne produisent pas d'extensines).

Dans le soja, par exemple, les extensines sont produites par des cellules de sclérenchyme, tandis que dans les plants de tabac, il a été montré que les racines latérales ont deux couches de cellules qui expriment ces protéines.

-Feuille

Les organites cellulaires ont également leurs propres protéines structurales, qui sont responsables du maintien de leur forme, de leur motilité et de nombreux autres processus physiologiques et métaboliques inhérents.

La région interne de la membrane nucléaire est associée à une structure connue sous le nom de lame nucléaire, et les deux ont une composition protéique très particulière. Parmi les protéines qui composent la lame nucléaire, il y a des protéines appelées lames.

Les lamelles appartiennent au groupe des filaments intermédiaires de type V et il en existe plusieurs types, les plus connus sont A et B. Ces protéines peuvent interagir entre elles ou avec d'autres éléments internes du noyau tels que les protéines de la matrice, la chromatine et la membrane nucléaire interne.

Références

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