Que sont les polymères protéiques et où sont-ils utilisés ?

Les polymères sont des substances spéciales que les scientifiques appellent à juste titre le summum de l’évolution de la nature inanimée, car ce sont eux qui ont jeté les bases de la vie sur la planète Terre. Ces substances se distinguent par une grande diversité dans leurs propriétés physiques, leur structure, leur composition chimique, ainsi que leur capacité à changer. Les polymères comprennent non seulement des matériaux bien connus tels que le plastique, mais également des polymères protéiques, qui sont le matériau de construction du corps humain, divers polysaccharides (par exemple, la cellulose), l’ADN, dans lequel le code héréditaire des êtres vivants est programmé.

C’est grâce à l’apparition de polymères protéiques sur la planète que la matière inanimée a pu remplir des fonctions telles que l’autoreproduction, la transmission d’informations héréditaires, la reproduction et la réplication. Leur capacité à changer permet à la nature de faire des ajustements à l’ADN par la sélection naturelle.

Que sont les polymères ?

C’est une grosse molécule composée de molécules plus petites liées les unes aux autres par de fortes liaisons covalentes. Les polymères peuvent être unidimensionnels (molécule linéaire constituée d’unités), bidimensionnels ou tridimensionnels.

En chimie inorganique, la structure de nombreux minéraux silicatés peut être considérée comme des polymères à une, deux ou trois dimensions. Par exemple, les cialides sont une sorte de "tamis" moléculaire à travers lequel l’eau est filtrée avant qu’elle n’entre dans les appartements des immeubles résidentiels. La cialide est un matériau tridimensionnel qui ressemble à un réseau ajouré d’unités de luminosilicate.

Il existe deux types de polymères synthétiques: les thermoplastiques et les thermodurcissables. Les thermoplastiques (polyéthylène, polystyrène) sont capables de résister à des traitements répétés à des températures élevées, car le chauffage ne modifie pas leur structure. Lorsqu’ils sont chauffés, les thermodurcissables perdent leur structure d’origine, qui ne peut plus être restaurée. 

Fait référence aux polymères répandus et au plastique, qui est un alliage de divers durcisseurs, plastifiants, agents stabilisants. La portée des plastiques est immense – ils sont indispensables dans l’ingénierie aéronautique, la dentisterie, l’industrie spatiale et la vie quotidienne.

Les polymères sont des substances organiques

En chimie organique, les polymères sont majoritairement unidimensionnels. Ces chaînes organiques peuvent être déroulées ou enroulées. Par exemple, les protéines fibrillaires, comme le collagène, qui constituent les tendons humains et un tiers de sa masse protéique. Le collagène a une grande force et se compose de chaînes unidimensionnelles.

Regardez une vidéo sur ce que sont les polymères.

Les polymères organiques – les protéines peuvent être globulaires (chaîne unidimensionnelle enroulée en boule – "globule"). Dans l’organisme, l’une des fonctions biologiques importantes des polymères protéiques est enzymatique. Les protéines globulaires sont un catalyseur – à l’intérieur de chacune de ces "bobines", il y a des centres spéciaux avec une activité accrue, où se produisent des réactions chimiques, qui sont accélérées par la matrice protéique.

Les chaînes protéiques peuvent être reliées par de fortes liaisons hydrogène, qui forment de fortes structures tridimensionnelles, telles que la kératine, la soie ou la cellulose. La cellulose se trouve dans l’écorce des arbres et des buissons et est le polymère solide le plus courant au monde. L’amidon est similaire à la cellulose, qui se dissout dans l’eau et est absorbée par le corps humain. Vous devez savoir que la cellulose et l’amidon sont la même substance chimique dans la formule, mais de structure différente.

Dans un certain nombre de molécules organiques d’êtres vivants, la masse, la taille et le nombre de groupes fonctionnels sont insignifiants. Il existe des macromolécules qui forment des tissus ou stockent des informations génétiques. Dans certains cas, ces molécules sont des polymères. Par exemple, les glucides complexes sont des polymères de sucres élémentaires. Les protéines sont des polymères d’acides aminés, tandis que les molécules qui stockent le code génétique – ARN et ADN – sont des polymères de nucléotides. 

La composition des cheveux, des plumes et de la laine est basée sur la substance kératine, qui est également considérée comme un polymère. Les squelettes externes des arthropodes, les représentants les plus courants du règne animal, sont constitués d’un polymère de chitine.

Déchiffrer la structure des polymères protéiques

Maintenant, une importance particulière est attachée au déchiffrement de la structure des protéines. Les protéines ont plusieurs niveaux de structures :

• primaire – une chaîne directe de blocs monomères ;
• secondaire – morceaux de la structure protéique, emballés dans des unités standard (hélices, globules, feuilles);
• tertiaire – une combinaison de plusieurs unités standard dans l’espace;
• quaternaire – lorsque plusieurs molécules de protéines sont entrelacées

En utilisant le modèle de départ – la structure primaire de la protéine, vous pouvez calculer son énergie minimale. Les chercheurs regardent dans quoi il se replie dans l’espace pour assurer la plus grande stabilité et ainsi déterminer la quantité d’énergie minimale.

Une molécule de protéine ordinaire est très complexe – elle se compose d’une centaine d’acides aminés et possède un grand nombre de degrés de liberté. Si un jour l’humanité apprend à prédire avec précision et rapidité la structure d’une protéine à partir d’une séquence d’acides aminés, cela permettra de faire de grands progrès dans la résolution de nombreux problèmes médicaux et biologiques.

Après tout, ce sont des violations de la structure de la protéine qui conduisent souvent à diverses maladies. Ces maladies sont appelées maladies moléculaires et plusieurs milliers ont été découvertes à l’heure actuelle. Moléculaires comprennent: la maladie d’Alzheimer, la dystrophie alimentaire, l’anémie falciforme et bien d’autres.

En déchiffrant la structure de la protéine, nous pouvons comprendre quel type de médicament peut guérir ces maladies. Le calcul expérimental de la structure d’une protéine est une tâche très difficile et chronophage. S’il était théoriquement possible de le précéder, il permettrait d’accélérer les progrès de la biologie et de la médecine.

La toute première structure d’une protéine a été déchiffrée, dont la molécule ne contient que deux chaînes polypeptidiques (21 et 30 résidus d’acides aminés, respectivement). Cette protéine simple était l’insuline bovine. Désormais, les scientifiques sont capables de déchiffrer la structure de seulement de petites protéines de 30 à 40 résidus d’acides aminés et prévoient de l’étendre à 100-200 au fil du temps. À l’heure actuelle, c’est la tâche principale de la biologie dans le monde.