Structure secondaire des protéines, hélices alpha, feuilles bêta, épingles à cheveux et boucles

Dans ce qui suit, nous allons nous concentrer sur les aspects généraux de la structure secondaire des protéines. Beaucoup des caractéristiques discutées ici sont essentielles pour les applications pratiques – par exemple dans l’alignement et l’analyse des séquences, la modélisation de l’homologie et l’analyse de la qualité des modèles, dans la planification des mutations ou lors de l’analyse des interactions protéine-ligand.
Le type de structure secondaire le plus courant dans les protéines est l’hélice α. Linus Pauling a été le premier à prédire l’existence des α-hélices. Cette prédiction a été confirmée lorsque la première structure tridimensionnelle d’une protéine, la myoglobine (par Max Perutz et John Kendrew) a été déterminée par cristallographie aux rayons X. Un exemple d’une hélice α est présenté sur l’image ci-dessous. Ce type de représentation de la structure d’une protéine est appelé « représentation en bâtons ». Pour avoir une meilleure impression de l’aspect d’une hélice, seule la chaîne principale du polypeptide est représentée, sans les chaînes latérales. Il y a 3,6 résidus/tour dans une hélice α, ce qui signifie qu’il y a un résidu tous les 100 degrés de rotation (360/3,6). Chaque résidu est translaté de 1,5 Å le long de l’axe de l’hélice, ce qui donne une distance verticale de 5,4 Å entre les atomes structurellement équivalents dans un tour (pas d’un tour). Le motif structurel répétitif des hélices est le résultat de la répétition des valeurs φ et ψ, ce qui se reflète dans le regroupement des angles de torsion dans la région hélicoïdale du diagramme de Ramachandran. En regardant l’hélice dans la figure ci-dessous, remarquez comment les atomes d’oxygène du carbonyle (C=O) (indiqués en rouge) pointent dans une direction, vers les groupes NH de l’amide à 4 résidus de distance (i, i+4). Ensemble, ces groupes forment une liaison hydrogène, l’une des principales forces de stabilisation de la structure secondaire des protéines. Les liaisons hydrogène sont représentées sur la figure de droite par des lignes pointillées.