Structure et fonctions des peptides

I. Généralités sur la Liaison Peptidique

La liaison peptidique est fondamentale dans la structure des protéines, déterminant leur rigidité et leur réactivité.

La liaison peptidique est une liaison amide formée par une réaction de condensation entre le groupe $\alpha$-carboxylique d'un acide aminé et la fonction $\alpha$-aminée d'un autre. Cette réaction conduit à l'élimination d'une molécule d'eau.

• Structure et Propriétés :
  • Elle est stabilisée par résonance, lui conférant un caractère de double liaison partielle.
  • Cette caractéristique la rend plane et rigide.
  • Les quatre atomes de la liaison peptidique (C, O, N, H) sont situés dans un même plan.
  • Les rotations sont possibles uniquement autour des carbones $\alpha$.
• Extrémités :
  • Un peptide conserve un groupe $\alpha$-NH$_2$ libre à une extrémité (N-terminale).
  • Il conserve également un groupe $\alpha$-carboxylique libre à l'autre extrémité (C-terminale).
• Convention d'écriture et de lecture :
  • Le premier acide aminé porte le groupe NH$_2$ libre (N-ter).
  • Le dernier acide aminé porte le groupe COOH libre (C-ter).
  • Le peptide se lit et s'écrit de gauche à droite.
• Disposition spatiale :
  • Les chaînes radicalaires (groupes R) se positionnent alternativement au-dessus et au-dessous du plan formé par le squelette peptidique.

Exemple : LEUCYL-GLYCYL-ALANINE

II. Exemples de Peptides Spécifiques

A. Dipeptides et Tripeptides

• Carnosine :
  • Structure : $\beta$-alanyl-histidine.
  • Fonction : Constituant important du muscle.
• Glutathion :
  • Structure : $\gamma$-glutamyl-cystéinyl-glycocolle.
  • Particularité : La liaison peptidique entre le glutamate et la cystéine se fait avec la fonction $\gamma$-carboxylique du glutamate, et non la fonction $\alpha$-carboxylique habituelle.
  • Formes : Existe sous deux formes, réduite (GSH) et oxydée (GSSG).
  • Réaction d'oxydation : $$2 \mathrm{G} - \mathrm{SH} + 1 / 2 \mathrm{O}2 \rightarrow \mathrm{G} - \mathrm{S} - \mathrm{S} - \mathrm{G} + \mathrm{H}2 \mathrm{O}$$
  • Fonctions :
    • Protection des composés oxydables contre les peroxydes et les radicaux libres.
    • Rôle important dans le système de transport membranaire des acides aminés (cycle de la $\gamma$-glutamyl-transférase).
    • Rôle dans la formation des leucotriènes.

B. Hormones Peptidiques

Les hormones peptidiques sont des messagers chimiques essentiels dans l'organisme, régulant de nombreuses fonctions physiologiques.

1. TRH (Thyrotropin-Releasing Hormone) :
   • Synonyme : TRF (Thyrotropin-Releasing Factor).
   • Sécrétion : Par l'hypothalamus.
   • Action : Stimule la sécrétion de la TSH (Thyroid-Stimulating Hormone), jouant un rôle dans la sécrétion des hormones thyroïdiennes.
   • Structure : Pyroglutamyl-histidyl-prolinamide.

     

2. GnRH (Gonadotropin-Releasing Hormone) :
   • Rôle : Principal régulateur de l'axe reproducteur.
   • Séquence : pyroGlu-His-Trp-Ser-Tyr-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly CONH2.
   • Particularités :
     • Cyclisation de la glutamine N-terminale en acide pyroglutamique.
     • Amidation du carboxyle C-terminal.
   • Fonction de ces modifications : Protègent la GnRH de l'attaque des protéases (aminopeptidases et carboxypeptidases respectivement), augmentant sa stabilité et sa durée d'action.
3. ACTH (Hormone Adrénocorticotrope) :
   • Origine : Produite dans l'hypophyse.
   • Fonction : Stimule les glandes surrénales à sécréter du cortisol.
   • Séquence : H-Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Try-Gly-Lys-Pro-Val-Gly-Lys-Lys-Arg-Arg-Pro-Val-Lys-Val-Tyr-Pro-Asp-Gly-Ala-Glu-Asp-Glu-Leu-Ala-Glu-Ala-Phe-Pro-Leu-Glu-Phe-OH.
4. Ocytocine et Vasopressine (Hormones Posthypophysaires) :
   • Ocytocine :
     • Rôle durant l'accouchement : L'augmentation des récepteurs d'ocytocine accroît la sensibilité utérine, favorisant le travail.
     • Rôle durant l'allaitement : La stimulation du mamelon par le nourrisson déclenche la sécrétion d'ocytocine, facilitant l'éjection du lait.
   • Vasopressine (AVP) :
     • Action : Agit en stimulant des récepteurs spécifiques (V1A, V1B, V2, V3).
     • Récepteurs et fonctions :
       • V1 (V1A, V1B) : Impliqués au niveau des vaisseaux (vasoconstriction), de l'utérus et des plaquettes (pro-agrégant).
       • V2 : Présents au niveau rénal, stimulent la réabsorption d'eau par le tubule collecteur médullaire en permettant l'insertion d'aquaporine 2 à la membrane cellulaire.
       • V3 : Rétrocontrôle hypophysaire pour diminuer sa propre sécrétion.
5. Insuline :
   • Structure : Se compose de deux chaînes polypeptidiques (A et B) reliées par des ponts disulfures.
   • Rôle : Hormone majeure dans la régulation de la glycémie.

C. Peptides Neurotransmetteurs

Libérés par les terminaisons axonales et les membranes présynaptiques, ils diffusent vers les membranes postsynaptiques pour transmettre des signaux nerveux.

• Endorphines et Enképhalines :
  • Rôle : Impliquées dans les perceptions douloureuses, avec une action analgésique, antalgique et euphorisante.
  • Mécanisme : Diminuent le fonctionnement des circuits neuronaux de la douleur.
  • Enképhalines : Pentapeptides (5 acides aminés).

    Type	Séquence
    Méthionine-enképhaline	Tyr-Gly-Gly-Phe-Met
    Leucine-enképhaline	Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu

D. Peptides Antibiotiques

Ces composés présentent des propriétés antibiotiques et possèdent des caractéristiques structurelles uniques.

• Caractéristiques :
  • Contiennent des acides aminés des séries L et D (ce qui est rare dans les protéines).
  • Peuvent être cycliques (ex: gramicidine).
  • Peuvent contenir des liaisons amides particulières (ex: bacitracine A).
• Pénicilline :
  • Origine : Peptides antibiotiques isolés d'un champignon, Penicillium chrysogenum.
  • Mécanisme d'action : Agit par mimétisme moléculaire, ayant un effet bactéricide. Elle mime la structure du D-Ala-D-Ala naturel, composant des parois bactériennes, inhibant ainsi leur synthèse.
  • Structure :

    

III. Synthèse et Fonctions des Peptides

Les peptides, de par leur diversité structurelle, remplissent une multitude de rôles biologiques, depuis la modulation hormonale jusqu'à la défense antibactérienne.

• La formation de la liaison peptidique est une réaction de condensation typique, essentielle pour l'assemblage des acides aminés en polymères.
• La rigidité et la planéité de la liaison peptidique influencent fortement la conformation tridimensionnelle des protéines.
• La présence d'extrémités N-terminales et C-terminales libres confère une polarité et des points de réactivité spécifiques aux peptides.
• Les modifications post-traductionnelles, telles que la cyclisation ou l'amidation, peuvent augmenter la stabilité et l'efficacité des peptides biologiques.
• Les peptides démontrent une capacité remarquable à agir comme hormones, neurotransmetteurs et agents protecteurs ou thérapeutiques.