LE ROLE DES PROTEINES CHEZ LE CHIEN  

A QUOI SERVENT LES PROTEINES ?

Pour cette partie, je remercie les participants au forum http://forums.futura-sciences.com/biologie qui ont bien voulu m'éclairer sur certains points. Qu'est ce qu'une Protéine ? Une cellule est constituée à 80 % de protéines. TOUTES les protéines de la cellule sont d'origines endogènes, elles sont fabriquées par les cellules, et elles sont issues de l'expression de l'ADN, tel qu'on l'a décrit plus haut. Une protéine est une longue chaîne moléculaire constituée d'acides aminés. Il existe seulement une vingtaine d'acides aminés différents, mais des centaines, voire des milliers de ces acides aminés peuvent être assemblés de manières différentes pour former une quasi infinité de protéines naturelles, chacune avec ses caractéristiques propres. Les protéines sont toujours fabriquées par l'organisme à partir d'acides aminés synthétisés par les cellules ou issus de la dégradation des protéines d'origine alimentaire. Comme les graisses et les hydrates de carbones, les protéines contiennent : du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène. Mais ce qui fait la particularité des protéines, c'est qu'elles contiennent aussi du nitrogène, un constituant de tous les acides aminés. Deux des acides aminés contiennent également du soufre, qui est donc présent dans beaucoup de protéines. La protéine se présente au départ comme une longue chaîne d'acides aminés, puis elle se tord en forme d'hélice, et se plie en accordéon pour former une espèce de "nœud". structure des protéines   Pourquoi un chien a-t-il besoin d'un apport de protéines dans son alimentation ? Il y a deux sortes d'acides aminés: Les acides aminés essentiels ne peuvent être synthétisés en quantité suffisante par l'organisme. Ils doivent donc être fournis en partie par l'alimentation. Pour le chien, il y a 10 acides aminés qui doivent être apportés par les protéines alimentaires. Les autres sont tout aussi importants en tant que composants des protéines, mais ils peuvent être fabriqués en quantité suffisante par l'organisme. Les chiens ont besoin d'apports protéiques alimentaires pour 2 raisons: Pour fournir les acides aminés essentiels que leurs cellules ne peuvent fabriquer en quantité suffisante. Pour apporter le nitrogène nécessaire à la fabrication des acides aminés non essentiels. Une partie des protéines est détruit chaque jour par l'organisme (perte des poils, desquamations cutanées, pousse des griffes, réparation des tissus, sécrétions diverses…) et doivent être remplacées. Certains éléments issus de la dégradation des protéines sont éliminés chaque jour dans l'urine. Ainsi, environ 1 % des protéines de l'organisme sont cassées et synthétisées à nouveau chaque jour. Mais cela ne peut se faire que si l'organisme dispose d'un apport suffisant en protéines alimentaires, car la fabrication de certains acides aminés est insuffisante. L'organisme devra également bénéficier d'un apport énergétique suffisant, sans quoi les protéines alimentaires seront utilisées comme source d'énergie de remplacement et la synthèse des protéines sera donc compromise. Pour ces raisons l'apport alimentaire en protéines est très important. Comme tout ce que le chien mange, les aliments protéiques passent par le tube digestif où ils sont digérés par des enzymes. Les protéines sont entièrement dégradées en acides aminés qui serviront aux cellules du chien pour fabriquer ses propres protéines (grâce au code génétique). Un peu comme un enfant qui démonte une voiture en lego pour fabriquer une maison....le chien fabrique des protéines de chien à partir des protéines de poulet. Le rôle des protéines Ces protéines recomposées par les cellules, grâce au code ADN, à partir d'acides aminés synthétisés au niveau cellulaire ou apportés par l'alimentation servent à assurer, entre autres toutes les fonctions cellulaires. le transport : transport d'oxygène par l'hémoglobine, transport de part et d'autre des membranes cellulaires via des protéines canal... le mouvement : interactions actine / myosine qui permettent la contraction musculaire, ou microtubules qui commandent les mouvements intra cellulaires et la dynamique de la division cellulaire... le transfert d'information : transduction des messages hormonaux grâce à des protéines récepteurs situées dans les membranes cellulaires transformations biochimiques: grâce à des protéines "enzymatiques" structure : collagène, osséine, ... (à insérer dans le dico….) Les enzymes sont des protéines présentes dans les cellules de tous les êtres vivants. Elles ont pour fonction de faciliter les réactions chimiques qui s'y produisent naturellement. Par exemple, lors de la digestion, ce sont des enzymes qui accélèrent la décomposition et la transformation des aliments Sans l'aide des enzymes, les réactions chimiques n'auraient pas lieu chez les êtres vivants (ou très peu) et la vie ne pourrait pas exister. On dit que l'enzyme joue un rôle de catalyseur. Il existe un très grand nombre d'enzymes différentes, mais chacune ne correspond qu'à une seule molécule (comme une serrure correspond à une seule clé) et à une seule sorte de réaction. Bref les protéines agissent dans tous les processus du vivant. C'est pourquoi une erreur de codage dans l'une ou l'autre de ces protéines peut altérer plus ou moins gravement n'importe laquelle des fonctions vitales de l'organisme. Pourquoi les cellules sont-elles différentes ? Pour chaque organe des cellules différentes: Chaque cellule contient tous les chromosomes, et donc tous les gènes, d'un être vivant. Dans ce cas, comment se fait-il que les cellules musculaires soient différentes des neurones, les cellules hépatiques des cellules sanguines? Au cours de la croissance embryonnaire, les cellules se différencient. Chaque type de cellule a une forme, un rythme de division, un métabolisme qui lui est propre. Chacune est capable de produire certaines protéines particulières, . Certaines cellules ne se divisent jamais, comme les globules rouges qui transportent l'oxygène. Le leucocyte granulocyte de la photo se nourrit de bactéries et de débris de cellules mortes. Illustration globules D'autres, de forme allongée, peuvent s'étirer ou se contracter, ce sont les cellules musculaires Illustration muscles D'autres sont équipées de capteurs pour recevoir, convoyer et transmettre des signaux à la cellule voisine, ce sont les neurones. neurones Toutes ces cellules portent le même génome, mais les gènes ne s'expriment pas de la même façon dans chacune. Le mode d'expression des gènes au niveau de la cellule est régulé par une série de mécanismes extrêmement complexes. Donc pour chaque type de cellule, selon le tissu auquel il appartient, les gènes de l'ADN vont avoir un mode d'expression spécifique qui va permettre à la cellule de remplir sa fonction au sein de l'organisme. Des cellules qui doivent s'adapter Ce n'est pas tout ! Chaque organe doit s'adapter aux modifications de son environnement. Apports nutritionnels, agression par des virus, des bactéries, conditions de lumière, de température, vaccinations, irradiations, pollution, absorption de médicaments, autant de facteurs qui peuvent provoquer des réactions adaptatives de la cellule. L'âge (croissance, vieillissement) provoque aussi des changements. Ces changements ne sont pas neutres. Ils peuvent modifier le mode d'expression de l'ADN d'un tissu qui n'est pas stable. L'expression génique peut se modifier dans le temps en fonction de l'environnement ou des besoins de la cellule. La régulation de l'expression des gènes. La génétique classique avait déjà mis en évidence le rôle régulateur ou modificateur de certains gènes par rapport à d'autres. Par exemple c'est un gène modificateur qui détermine le changement de couleur d'un lièvre entre l'été et l'hiver. · Les réseaux de régulation génétique En réalité, la régulation de l'expression des gènes se fait au travers de réseaux d'interactions mettant souvent en jeu un nombre considérable de gènes. Un des mécanismes étudiés est le mécanisme de bascule : il se situe généralement à l'échelle de la cellule et consiste en un changement, plus ou moins radical, d'une partie du matériel enzymatique de la cellule. Ce phénomène s'explique par un enchaînement généralement complexe d'opérations de contrôle génétique. Selon un programme précis, des protéines régulatrices déclenchent à certains moments la transcription de groupes de gènes ou au contraire inhibent certains gènes. Ainsi la cellule peut répondre de façon adaptée aux changements parfois brusques de l'environnement. Ces systèmes s'adaptent à leur milieu extérieur, mais ils renferment également une grande part d'incertitude qui leur donne une instabilité relative. Comme dans tout système biologique il existe un équilibre subtil entre l'ordre et le chaos. En effet, une trop grande stabilité du système lui fait perdre sa faculté de s'adapter aux conditions extérieures. En revanche, si trop de gènes changent en même temps, l'instabilité qui en résulte a des conséquences désastreuses. Ainsi une cellule trop sensible aux perturbations extérieures évolue rapidement vers un état pathologique. La modélisation et la compréhension de ces réseaux constituent une des nouvelles orientations de la recherche génétique pour les prochaines années, maintenant que le séquençage du génome humain est achevé. Le séquençage du génome canin est en cours. De nombreuses unités de recherches y travaillent dans le monde entier. En France, un groupe d'études sur le génome canin est constitué au sein de l'Université de Rennes. Illustration: étude des réseaux génétiques     · la mécanique enzymatique Si la production d'une enzyme est stimulée, ou au contraire arrêtée, cela entraîne inévitablement des modifications des réactions biochimiques cellulaires. Par exemple, ce sont des enzymes spécifiques qui permettent d'utiliser l'énergie des sucres présents dans la cellule sous forme d'amidon, saccharose ou glycogène, en permettant la dégradation de ces sucres non utilisables directement en maltose, puis en glucose. En leur absence, ces réactions biochimiques ne pourraient pas se produire. On a découvert que les cellules étaient capables de réactions d'adaptation extrêmement rapides à l'environnement. Dans un milieu privé de glucose, et en présence de lactose, sucre qui n'est pas utilisé normalement, une culture cellulaire est capable de produire très rapidement les enzymes qui vont lui permettre d'absorber l'énergie du lactose, enzymes qui ne sont pas produites dans des conditions habituelles (travaux de François Jacob et Jacques Monod). · La régulation hormonale Les hormones produites par le système endocrinien joue également un rôle important dans la régulation de l'expression génique dans le temps. Par exemple les glucocorticoïdes (hormone de stress) produits par les glandes surrénales peuvent venir se fixer sur l'ADN et modifier l'expression de nombreux gènes, ou modifier la stabilité de l'ARN messager d'un gène. On imagine donc facilement qu'un dérèglement des surrénales comme dans la maladie d'Addison ou la maladie de Cushing va venir perturber tout un ensemble de fonctions organiques. Les biopuces (ou puces à ADN) Ce sont de grandes plaques sur lesquels sont disposés plusieurs compartiments. On fait évoluer alors une culture en relevant précisément les différents facteurs extérieurs qui entrent en jeu (température, irradiation, etc ...). Puis, à un moment précis de l'évolution de la culture, on effectue des prélèvements d'ARN que l'on dispose sur la plaque. Après un protocole expérimental complexe, on arrive à déterminer si, à l'instant du prélèvement, un gène donné était allumé ou éteint (grâce à une technique d'hybridation puis de coloration, les compartiments se colorent d'une teinte spécifique relative au taux d'activité du gène). Chaque plaque donne ainsi un instantané des groupes de gènes activés ou éteints en même temps, en fonction des diverses conditions de culture. Illustration puce à ADN Elles servent à identifier les réseaux génétiques en jeu selon les conditions.