00:00:17
Les protéines constituent les êtres vivants
00:00:19
Elles sont dans les cellules de la plante
00:00:21
dans les virus et les bactéries
00:00:23
dans les êtres aquatiques et terrestres
00:00:26
Elles sont dans nos muscles
00:00:27
dans notre sang, nos cheveux, nos larmes
00:00:29
notre salive, notre cerveau, notre estomac
00:00:32
Elles sont aussi dans notre nourriture
00:00:46
Les protéines sont constituées
00:00:47
de centaines voire
de milliers d'atomes
00:00:51
On retrouve toujours les mêmes atomes
00:00:54
carbone
00:00:55
hydrogène
00:00:56
azote
00:00:58
phosphore
00:00:59
oxygène
00:01:00
soufre
00:01:03
Les motifs se ressemblent souvent
00:01:05
mais la diversité de l’ensemble est infinie
00:01:11
Les atomes des protéines
sont d’abord assemblés
00:01:13
sous forme d’acide aminé
00:01:17
Lorsque les acides aminés
sont reliés entre eux
00:01:20
ils forment une chaîne
00:01:21
une chaîne protéique
00:01:27
Il existe une vingtaine
d’acides aminés différents
00:01:40
Selon les propriétés
chimiques et la structure
00:01:42
d’un acide aminé ou de ses voisins
00:01:45
des interactions et des répulsions
particulières se mettent en place
00:01:53
Sous l’effet de ces
interactions et de ces répulsions
00:01:56
la chaîne protéique commence
à adopter une forme
00:01:59
Elle se replie d’abord sur elle-même
00:02:02
pour constituer des structures
en forme d’hélices ou de feuillets
00:02:05
pour finalement aboutir à une structure
00:02:07
qui dépend de l’enchaînement
des acides aminés
00:02:16
Une fois la protéine repliée
00:02:18
certains acides aminés
éloignés dans la chaîne
00:02:20
se retrouvent proches dans l’espace
00:02:23
et peuvent former à la
surface de la protéine
00:02:25
des régions dotées de
propriétés bien particulières
00:02:29
Par exemple,
une protéine peut reconnaître
00:02:31
différentes molécules chimiques
ou d’autres protéines
00:02:39
Les anticorps appartiennent
à ce type de protéines
00:02:47
Certains d’entre eux sont capables
de reconnaître la surface des virus
00:02:50
et de s’y fixer
00:02:54
Les anticorps fixés aux virus
sont reconnus à leur tour
00:02:57
par les globules blancs
qui absorbent l’ensemble
00:03:15
Les protéines ne sont pas isolées
00:03:17
elles n’existent que dans
un système vivant
00:03:18
au sein duquel elles sont
mobiles et dynamiques
00:03:22
Elles se déplacent dans
les cellules ou entre les cellules
00:03:25
peuvent être flexibles ou désordonnées
00:03:28
et leur conformation
s’ajuste selon l’environnement
00:03:35
Et si les protéines sont là
00:03:37
c’est justement parce que ces propriétés
00:03:39
on parle aussi de fonctions
00:03:40
sont nécessaires au système
vivant qui les a produites
00:04:03
Les cellules utilisent des protéines
00:04:05
fabriquent des protéines
00:04:09
et sont, en partie, constituées de protéines
00:04:15
Chacune de ces protéines
possède une qualité spécifique
00:04:17
comme celle de fixer
des molécules chimiques
00:04:22
de se modifier lors de
la rencontre d’une molécule
00:04:27
de faciliter la transformation
d’une molécule en une autre
00:04:32
de servir d’élément de
construction pour les cellules
00:04:38
ou protéger d’autres protéines
00:04:43
Grâce à toutes ces facultés
00:04:44
les protéines remplissent des fonctions
essentielles pour les cellules
00:04:56
Pour respirer
00:04:57
nous avons besoin d’apporter l’oxygène
00:04:59
des poumons à nos muscles
00:05:00
et de ramener le gaz carbonique
00:05:02
rejeté par les muscles aux poumons
00:05:04
Pour cela
00:05:05
les globules rouges de notre sang
00:05:07
utilisent une protéine de transport
00:05:09
L’hémoglobine
00:05:12
Le fer qu’elle contient est capable
00:05:14
de fixer la molécule d’oxygène
00:05:15
et donne sa couleur aux globules rouges
00:05:24
La transmission d’informations
dans la cellule
00:05:27
ou entre les cellules de l'organisme
00:05:28
est assurée par des molécules chimiques
00:05:31
Ces molécules peuvent être des
protéines, dites de signalisation
00:05:35
mais certaines d’entre elles ne peuvent pas
00:05:36
pénétrer directement dans la cellule
00:05:40
Ce sont donc des récepteurs
qui reçoivent les messages
00:05:46
il s’agit de protéines qui traversent
la membrane cellulaire
00:05:48
et dont la partie extérieure est dotée
00:05:50
d’une affinité pour une protéine
de signalisation particulière
00:05:54
La protéine de signalisation s’y fixe
00:05:56
et induit une modification
de l’assemblage
00:05:58
de la protéine récepteur
00:06:01
ou bien de sa liaison à
un composé chimique
00:06:03
ou encore de sa forme
00:06:05
La partie interne du récepteur
s’en trouve modifiée
00:06:08
et influence de cette façon
le fonctionnement de la cellule
00:06:11
qui réagit alors au signal envoyé
00:06:17
Les protéines de structuration
permettent aux cellules
00:06:19
d’adopter une architecture
et de la conserver
00:06:26
Ces protéines peuvent
s’assembler en filaments
00:06:30
comme la tubuline qui
forme les microtubules
00:06:32
ces cylindres creux et très rigides
00:06:34
dont est constitué le
squelette des cellules
00:06:36
et celui des cils motiles
qui garnissent nos bronches
00:06:43
Ces cils se meuvent grâce à une protéine
00:06:45
la dynéine
00:06:48
L’énergie chimique que lui apporte l’ATP
00:06:50
le carburant moléculaire de nos cellules
00:06:53
induit un mouvement qui déforme le cil
00:06:58
La production de l’ATP peut être assurée
00:07:00
par certaines protéines appelées enzymes
00:07:02
comme l’ATP synthase
00:07:03
qui sont capables de catalyse
00:07:08
c’est-à-dire que leur présence facilite
des réactions chimiques
00:07:11
et les accélère jusqu’à des millions de fois
00:07:33
Tous les êtres vivants tirent
leur énergie de leur nourriture
00:07:38
Ils consomment en partie cette énergie
00:07:41
en se déplaçant par exemple
00:07:43
afin de se nourrir à nouveau
00:07:50
À chaque fois les protéines sont en jeu
00:07:52
mais elles ne sont pas toutes présentes
en même temps dans le corps
00:07:56
Chaque cellule est capable de produire
une protéine quand elle en a besoin
00:08:00
et de la détruire quand elle n’en a plus besoin
00:08:03
Mais comment font-elles ?
00:08:05
Toutes sortes de signaux
informent la cellule
00:08:07
qu’il faut produire une nouvelle protéine
00:08:09
Quel que soit le signal
00:08:11
la production d’une protéine commence
dans le noyau de la cellule
00:08:14
là où se trouvent les chaînes d’ADN
00:08:16
qui sont constituées d’enchaînement
de nucléotides
00:08:19
et enroulées en hélice
00:08:21
Ces chaînes contiennent tous les gènes
00:08:24
Chaque gène correspond à un fragment d’ADN
00:08:27
et la succession de ses nucléotides
constitue un code
00:08:30
qui va permettre de produire
une protéine particulière
00:08:35
L’ARN polymérase se charge
de rendre ce code exploitable
00:08:41
Il ouvre et déchiffre la chaîne d’ADN
00:08:43
afin de synthétiser une longue molécule
00:08:45
l’ARN messager
00:08:51
Les brins d’ARN messager servent à transporter
00:08:53
l’information contenue dans le gène
en dehors du noyau
00:08:59
L’ARN messager reçoit des transformations
00:09:01
comme la suppression de certaines parties
00:09:04
ou des modifications chimiques
00:09:05
et l’ajout d’extrémités qui le protègent
00:09:07
contre une dégradation par des enzymes
00:09:11
L’ARN messager sort alors du noyau
00:09:14
ses extrémités permettront aux ribosomes
00:09:16
de le reconnaître pour le déchiffrer
00:09:20
Les ribosomes sont d’énormes
machineries moléculaires
00:09:22
responsables de la synthèse de protéines
00:09:27
À mesure de la lecture
de l’ARN messager par le ribosome
00:09:31
chaque succession de trois nucléotides
00:09:33
forme ce que l’on appelle un codon
00:09:35
et permet la sélection d’un acide aminé
qui vient s’ajouter à une chaîne
00:09:41
Cette chaîne en cours de synthèse
00:09:43
est appelée chaîne polypeptidique
00:09:46
Certains acides aminés qui constituent
la chaîne polypeptidique
00:09:49
ont une grande affinité les uns pour les autres
00:09:52
ce qui replie la chaîne pour construire sa forme
00:09:56
Les molécules d’eau du cytoplasme
contribuent aussi au repliement
00:09:59
en attirant ou repoussant
d’autres parties de la chaîne
00:10:07
Certaines de ces chaînes ont besoin
d’être protégées par des protéines
00:10:10
que l’on appelle chaperonnes
00:10:12
Elles assistent le processus
de maturation des chaînes en protéines
00:10:16
en garantissant les bonnes conformations
00:10:20
Enfin
00:10:21
il arrive que plusieurs chaînes
polypeptidiques s’associent
00:10:23
en un assemblage que l’on appelle
complexe quaternaire
00:10:34
Les protéines sont destinées à réagir
avec leur environnement
00:10:38
Certaines finissent par se lier à
des molécules ou d’autres protéines
00:10:41
pour transmettre une information
00:10:45
D’autres, comme les enzymes
00:10:46
ont la capacité de faciliter
des réactions chimiques
00:10:49
Mais comment fonctionnent-elles?
00:10:52
Les enzymes sont des protéines
qui sont capables
00:10:54
d’accélérer des réactions chimiques
00:10:57
Chaque enzyme est active seulement
00:10:58
sur un ou quelques composés
chimiques très spécifiques
00:11:02
ses substrats
00:11:09
Seuls quelques atomes bien précis
de l’enzyme et du substrat
00:11:12
interagissent entre eux
00:11:14
Les atomes de l’enzyme peuvent modifier
00:11:16
l’organisation des atomes du substrat
00:11:19
comme la rupture d’une liaison chimique
00:11:21
le déplacement d’un atome
d’une zone vers une autre
00:11:25
ou encore l’ajout d’un nouvel atome
00:11:27
grâce à l’intervention d’une
molécule d’eau par exemple
00:11:30
Si ces réactions chimiques
transforment le substrat
00:11:33
elles peuvent aussi entraîner des changements
00:11:35
dans la composition ou la forme de l’enzyme
00:11:38
Une étape de régénération de l’enzyme
est alors nécessaire
00:11:41
pour qu’elle redevienne fonctionnelle
00:11:47
Dans le cas de la production
du carburant de la cellule qu’est l’ATP
00:11:52
plusieurs enzymes travaillent de concert
00:11:56
C’est l’enchaînement en cascade
du travail d’une série d’enzymes
00:11:59
qui va permettre la production de l’ATP
00:12:06
Comme leur nom l’indique
00:12:08
les protéines de transport sont capables
de transporter des atomes ou des molécules
00:12:12
C’est le cas de l’hémoglobine
des globules rouges du sang
00:12:16
Cette protéine possède quatre atomes de Fer
00:12:18
capables de fixer les atomes d’oxygène
00:12:23
Dans les poumons
00:12:24
l’hémoglobine charge l’oxygène de l’air
00:12:26
et la transporte à travers nos vaisseaux sanguins
00:12:29
Elle libère cette molécule d’oxygène
arrivée à destination
00:12:32
dans les muscles par exemple
00:12:34
L’hémoglobine capte alors
une molécule de gaz carbonique
00:12:37
qui est un déchet du mécanisme
de contraction du muscle
00:12:40
et la ramène vers les poumons
où elle sera évacuée
00:12:44
Certaines protéines doivent
s’associer à d’autres
00:12:46
pour constituer de nouvelles surfaces
00:12:48
acquérir des propriétés chimiques différentes
00:12:51
ou de nouvelles fonctions
00:12:57
Le mouvement des cils motiles
qui tapissent nos bronches
00:12:59
est ainsi le résultat d’une association entre
un grand nombre de ponts de dynéine
00:13:03
qui relient des microtubules de tubuline
00:13:07
Une réaction chimique
entre l’ATP et la dynéine
00:13:09
provoque un léger déplacement
de la tête de ces ponts
00:13:12
ce qui entraîne la flexion des microtubules
00:13:14
qui constituent les cils motiles
00:13:23
Pour comprendre comment
fonctionne une protéine
00:13:25
il faut d’abord connaître sa forme
00:13:27
et savoir comment sont
organisés dans l’espace
00:13:30
les atomes des acides aminés
qui la composent
00:13:33
ce qu’on appelle sa
structure tridimensionnelle
00:13:38
Pour distinguer des atomes des protéines
00:13:40
séparés de quelques dixièmes
de milliardième de mètres
00:13:43
il faut utiliser une lumière
avec une longueur d’onde
00:13:45
de quelques dixièmes
de milliardièmes de mètres
00:13:48
Cette lumière
00:13:49
ce sont les rayons X
00:13:53
Un faisceau de rayons X
dirigé vers une seule molécule
00:13:56
diffuse dans toutes les directions
00:13:58
mais lorsqu’un grand nombre
de molécules identiques
00:14:00
sont empilées de façon régulière
pour former un cristal
00:14:04
la diffusion du faisceau est
amplifiée et concentrée
00:14:07
dans certaines directions
qui dépendent de la façon
00:14:09
dont les molécules sont
empilées dans le cristal
00:14:14
On obtient alors ce que l’on appelle
un spectre de diffraction
00:14:17
composé de spot régulièrement espacé
00:14:20
A partir de l’analyse mathématique de ces spots
00:14:23
on obtient une carte
00:14:24
qui permet de construire la forme
de la molécule en 3 dimensions
00:14:28
Cette méthode appelée cristallographie
00:14:31
parce qu'elle utilise des cristaux de protéines
00:14:36
Une autre méthode pour obtenir
la forme d’une protéine
00:14:39
utilise un faisceau d’électrons
pour bombarder la molécule
00:14:43
elle est appelée
00:14:44
microscopie électronique
00:14:46
Les électrons sont absorbés
par les atomes de la protéine
00:14:48
de la même façon que
pour une radiographie
00:14:52
et l’on obtient ainsi une image
00:14:54
qui est une projection en deux
dimensions de la molécule
00:14:57
comme si on écrasait en deux
dimensions sa forme tridimensionnelle
00:15:04
En enregistrant
un grand nombre d’images
00:15:06
à partir de molécules dans
des orientations aléatoires
00:15:09
on peut reconstruire une
carte en trois dimensions
00:15:12
qui représente la position des atomes
de la protéine dans l’espace
00:15:22
Enfin
00:15:23
dans le cas de protéines plus petites
ou trop flexibles pour cristalliser
00:15:27
une dernière méthode utilise
00:15:28
la propriété des noyaux des atomes
à tourner très rapidement sur eux-mêmes
00:15:31
comme des toupies aimantées
00:15:33
on appelle cela le spin nucléaire
00:15:37
Lorsqu’il est plongé dans un champ
magnétique assez puissant
00:15:40
le spin des atomes d’une protéine
s’aligne selon l’axe de ce champ
00:15:44
Grâce à une impulsion radio
00:15:46
il est possible de modifier
l’alignement des spins
00:15:48
qui, en réponse, résonnent
alors plus ou moins
00:15:51
en fonction des atomes alentour
00:15:55
En écoutant les signaux renvoyés
par ces résonances
00:15:58
on peut connaître leur nature
00:16:00
et évaluer la distance des atomes
les uns par rapport aux autres
00:16:04
À partir de ces distances
00:16:06
on en déduit la forme de la protéine
00:16:08
Cette approche est
la résonance magnétique nucléaire
00:16:14
Grâce à tous ces outils d’investigation
00:16:16
nous pouvons aujourd’hui
observer, étudier et comprendre
00:16:21
comment fonctionnent les protéines
