B2 · Glucides
Glycosaminoglycanes, protéoglycanes et glycoprotéines
Décrire la composition et la charge des glycosaminoglycanes et leur assemblage en protéoglycanes. Distinguer glycosylation N- et O-liée et relier la structure des glycoprotéines à leurs fonctions.
Biochimie structurale et métabolique7 min de lecture17 QCM corrigés
Des chaînes glucidiques associées aux protéines
Les glucides peuvent être associés à une protéine selon deux organisations majeures. Dans un protéoglycane, la partie glucidique est constituée principalement de longues chaînes répétitives appelées glycosaminoglycanes. Dans une glycoprotéine, elle correspond à des oligosaccharides généralement plus courts, ramifiés et non répétitifs.
Cette différence structurale détermine leurs propriétés. Les protéoglycanes forment surtout des structures très hydratées et interagissent avec la matrice extracellulaire. Les glycoprotéines remplissent des fonctions beaucoup plus diverses, notamment dans le repliement, l’adressage, l’adhérence et la reconnaissance moléculaire.
Les glycosaminoglycanes
Composition des unités répétitives
L’ose aminé porte un groupement azoté, souvent acétylé. Il s’agit principalement d’une glucosamine ou d’une galactosamine sous forme dérivée.
L’ose acide est généralement un acide uronique, c’est-à-dire un ose dont un alcool primaire a été oxydé en fonction carboxylique. Il peut s’agir d’un dérivé de l’acide glucuronique ou de l’acide iduronique. Certains GAG contiennent toutefois du galactose à la place de l’acide uronique.
Les principaux GAG sont :
- l’hyaluronane, non sulfaté ;
- les chondroïtine-sulfates et le dermatane-sulfate ;
- l’héparane-sulfate et l’héparine ;
- le kératane-sulfate, qui contient du galactose et non un acide uronique.
La répétition d’un même motif n’impose pas une uniformité absolue : les oses peuvent subir des modifications après leur incorporation, notamment une sulfatation ou une modification de leur configuration. Ces variations créent des régions capables d’interagir sélectivement avec différentes protéines.
Origine de la charge négative
Les GAG portent de nombreux groupements acides :
- les carboxylates des acides uroniques ;
- les groupements sulfate fixés sur certains hydroxyles ou groupements aminés.
Au pH physiologique, ces groupements sont majoritairement ionisés et portent donc des charges négatives. Les GAG sont ainsi des polyanions, c’est-à-dire des macromolécules possédant de nombreuses charges négatives.
Ces charges attirent des cations et retiennent indirectement une grande quantité d’eau. Les chaînes se repoussent également entre elles, ce qui favorise une conformation étendue plutôt qu’un repliement compact.
L’hyaluronane constitue une particularité importante : il contient des carboxylates, mais pas de sulfate. Il reste donc chargé négativement, tout en étant moins fortement anionique que les GAG très sulfatés.
Assemblage des protéoglycanes
Fixation des GAG à la protéine centrale
Pour la majorité des GAG sulfatés, la liaison s’effectue sur le groupement hydroxyle d’un résidu sérine de la protéine centrale. Une courte région glucidique de liaison est d’abord construite. Elle commence par un xylose, puis reçoit successivement deux galactoses et un acide glucuronique. La chaîne répétitive du GAG est ensuite allongée à partir de cette région.
La synthèse de la protéine centrale débute dans le réticulum endoplasmique rugueux. La construction des chaînes glucidiques et leur sulfatation ont lieu principalement dans l’appareil de Golgi. Des enzymes spécifiques déterminent la nature des oses incorporés, la longueur des chaînes et la position des sulfates.
L’hyaluronane échappe à cette organisation. Il est synthétisé à la membrane plasmique, n’est pas sulfaté et n’est pas lié covalemment à une protéine centrale. Il peut cependant servir d’axe à de vastes assemblages comprenant de nombreux protéoglycanes, maintenus par des interactions non covalentes.
Organisation et fonctions
Les protéoglycanes adoptent souvent une organisation en écouvillon : la protéine centrale constitue l’axe, tandis que les GAG s’étendent dans le milieu aqueux. Ils peuvent être sécrétés dans la matrice extracellulaire, associés à la membrane plasmique ou présents dans certaines granulations cellulaires.
Leurs principales fonctions découlent directement de leur structure :
- hydratation des tissus par rétention d’eau ;
- résistance à la compression grâce à la pression exercée par le gel hydraté ;
- organisation de la matrice extracellulaire par interaction avec ses protéines ;
- filtration moléculaire selon la taille et la charge ;
- fixation réversible de protéines de signalisation, modulant leur disponibilité et leur diffusion.
Les glycoprotéines
Contrairement aux GAG, les chaînes des glycoprotéines sont généralement courtes, ramifiées et dépourvues de répétition disaccharidique régulière. Leur composition associe plusieurs types d’oses et peut varier entre les molécules d’une même protéine.
Glycosylations N-liées et O-liées
Glycosylation N-liée
Dans une glycosylation N-liée, l’oligosaccharide est fixé sur l’atome d’azote du groupement amide d’une asparagine. L’asparagine appartient habituellement à une séquence Asn–X–Ser ou Asn–X–Thr, où X représente un acide aminé autre que la proline.
Une chaîne glucidique préassemblée est transférée sur la protéine en cours de synthèse dans le réticulum endoplasmique. Elle y subit de premières modifications, puis est remaniée dans l’appareil de Golgi.
La glycosylation N-liée participe étroitement au contrôle du repliement : la structure glucidique peut être reconnue par des protéines qui retiennent les chaînes mal conformées dans le réticulum endoplasmique.
Glycosylation O-liée
Dans une glycosylation O-liée, le glucide est fixé sur l’atome d’oxygène du groupement hydroxyle d’une sérine ou d’une thréonine. La chaîne est généralement construite progressivement dans l’appareil de Golgi par addition successive d’oses. Il n’existe pas de séquence consensus aussi stricte que pour la glycosylation N-liée.
Relation entre structure et fonctions des glycoprotéines
La partie glucidique modifie les propriétés physiques et biologiques de la protéine. Sa forte hydrophilie augmente la solubilité de nombreuses protéines exposées à un milieu aqueux. Son volume peut masquer certaines régions de la chaîne polypeptidique et limiter leur accessibilité aux protéases, ce qui accroît la stabilité de la protéine.
Les chaînes glucidiques peuvent aussi constituer des signaux de tri intracellulaire ou d’adressage vers une membrane, un compartiment cellulaire ou le milieu extracellulaire. À la surface cellulaire, leur diversité forme une information moléculaire reconnue par d’autres protéines. Elles interviennent ainsi dans l’adhérence, la communication et la reconnaissance entre cellules.
Une glycoprotéine n’est donc pas la simple somme d’une protéine et d’un glucide : la structure glucidique participe à sa conformation, à sa durée de vie, à sa localisation et à ses interactions. Les mécanismes détaillés de reconnaissance glucidique et les groupes sanguins sont traités dans la fiche suivante.
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