Les protéines membranaires représentent une des catégories principales de protéines, avec celles globulaires et fibreuses. Leur présence est cruciale pour une variété de processus cellulaires, notamment le transport des molécules à travers les membranes, la transmission de signaux et la reconnaissance des cellules. En raison de leur importance fonctionnelle, elles sont également des cibles majeures pour la recherche médicale et pharmacologique.

Description de la protéine membranaire

Une protéine membranaire est une entité moléculaire insérée au sein d’une membrane cellulaire. Cette dernière peut en renfermer plusieurs centaines. En raison de son emplacement dans la membrane, elle est souvent impliquée dans des processus biologiques cruciaux. En outre, elle joue un rôle crucial dans le domaine médical, car environ la moitié de tous les médicaments approuvés agissent sur cette molécule.

Structure de la protéine membranaire

La structure d’une protéine membranaire est définie en fonction de sa relation avec la membrane cellulaire. La molécule est classée en deux groupes selon cet agencement appelé « topologie membranaire ».

D’une part, la protéine monotopique est en contact avec une seule face de la membrane. Elle se lie à cette dernière par le biais d’hélices amphipathiques, de lipidation, de boucles hydrophobes ou de liaisons électrostatiques (directe ou indirecte).

D’autre part, la protéine polytopique traverse complètement la membrane cellulaire, s’étendant des deux côtés de celle-ci. L’interaction se fait soit par des hélices α transmembranaires, soit par un tonneau β transmembranaire.

Classification des protéines membranaires

Les protéines membranaires se divisent en deux catégories distinctes en fonction de critères biochimiques, principalement liés à la difficulté d’extraction depuis les membranes cellulaires.

Protéines intrinsèques ou intégrales 

Ces molécules peuvent être mono- ou polytopiques. Leur interaction avec la membrane est puissante. Elles traversent complètement la double couche lipidique, et sont considérées comme des protéines transmembranaires. Ainsi, leur récupération nécessite l’utilisation de solvants hydrophobes ou de détergents forts. 

Les protéines intégrales sont divisées en cinq types : I (glycophorine), II (type I renversé), III (band 3), IV (band 3 dimériques) et V.

Protéines extrinsèques ou périphériques 

Généralement monotopiques, elles présentent une faible interaction avec la membrane et n’y sont attachées que temporairement. Elles sont connectées par des liaisons électrostatiques ou par d’autres protéines membranaires. Elles peuvent être extraites sans déstructuration de la paroi membranaire, souvent avec une force ionique élevée ou l’utilisation d’un agent chaotropique.

Les protéines extrinsèques comprennent la spectrine, l’ankyrine, et celles qui se trouvent au niveau du compartiment interne de la membrane plasmique. Les sous-unités protéiques en charge de plusieurs récepteurs transmembranaires et canaux ioniques en font aussi partie.

Elles peuvent jouer un rôle dans le support mécanique, dans l’ancrage d’autres protéines de sa même classe, ou dans des fonctions enzymatiques et de signalisation.

Rôles biologiques de la protéine membranaire

Les protéines membranaires assument de multiples rôles, tout aussi variés que ceux de la classe des solubles. Ceux-ci vont des activités enzymatiques aux fonctions structurales et moléculaires. Toutefois, grâce à son positionnement spécifique dans la membrane, les protéines intégrales remplissent des fonctions supplémentaires spécifiques.

Transport de molécules

Les protéines intrinsèques assurent l’acheminement des molécules dans la membrane. Le transport est considéré comme passif lorsque la diffusion du composé se fait d’un côté à l’autre de la paroi. En revanche, il devient actif lorsqu’il est associé à une source d’énergie émanant de la protéine membranaire, impliquant par exemple l’hydrolyse d’ATP ou l’usage de la chimiosmose (force proton-motrice). Ce deuxième procédé permet de déplacer une molécule à l’encontre de son gradient de concentration.

Modelage et adhésion entre les membranes 

Les protéines intégrales contribuent à la formation de ceintures d’adhérence et de jonctions serrées.

Réception et transmission de signaux 

Elles sont responsables de la réception et de la transmission d’hormones, de neurotransmetteurs et d’autres signaux cellulaires.

Autres fonctions

Quelques protéines, telles que les glycoprotéines, sont impliquées dans la reconnaissance intercellulaire. D’autres sont engagées dans l’interaction avec la matrice extracellulaire. Certaines peuvent également jouer un rôle enzymatique.