Structure secondaire
La structure secondaire d'un peptide ou d'une protéine désigne les motifs de repliement local stabilisés essentiellement par des liaisons hydrogène entre les atomes de la chaîne principale (carbonyles C=O et amides N-H), indépendamment de la nature des chaînes latérales. C'est le deuxième niveau d'organisation décrit par Linderstrøm-Lang, entre la structure primaire (séquence) et la structure tertiaire (repliement global 3D).
Les trois motifs canoniques sont l'hélice α (3,6 résidus par tour, pas de 5,4 Å, liaisons hydrogène entre le résidu i et i+4), le feuillet β (brins étendus avec liaisons hydrogène inter-brins, parallèles ou antiparallèles) et les coudes β (inversions de direction sur 4 résidus, souvent enrichis en glycine, proline et acides aminés polaires). S'y ajoutent des structures mineures comme l'hélice 3-10, l'hélice π, les boucles Ω et les régions désordonnées intrinsèquement (IDR) qui ne présentent pas de structure définie en solution.
La propension d'un acide aminé à adopter tel ou tel motif dépend de ses caractéristiques physico-chimiques : alanine, leucine, glutamate et méthionine favorisent l'hélice α ; valine, isoleucine, phénylalanine et tyrosine favorisent le feuillet β ; la proline rompt les hélices et est souvent retrouvée dans les coudes ; la glycine, flexible, permet les inversions de direction.
La caractérisation expérimentale utilise principalement le dichroïsme circulaire (CD) dans l'UV lointain (190-250 nm), qui donne des signatures spectrales distinctes pour chaque motif, la spectroscopie infrarouge (amide I à 1650 cm⁻¹), la RMN (NOE, couplages ³J) et la cristallographie aux rayons X. Les outils prédictifs (DSSP, STRIDE, algorithmes récents basés sur AlphaFold) permettent d'annoter automatiquement des structures connues.
En conception de peptides, la stabilisation de la structure secondaire est un levier majeur d'activité : les peptides agrafés (stapled peptides), les peptides bicyclisés, les analogues avec acides aminés α-méthylés ou β-aminés rigidifient une hélice active et augmentent affinité, résistance aux peptidases et sélectivité. La prévisibilité du repliement local est donc essentielle pour le design rationnel.