Une hélice alpha est un segment de chaîne protéique enroulé en spirale droite, comme un escalier en colimaçon ; c'est la plus courante des formes régulières que prennent les chaînes protéiques en se repliant. En comptant les chaînes latérales qui dépassent de la spirale, elle mesure environ 1,2 nanomètre de diamètre, et un nanomètre est un milliardième de mètre.

Taille

Une protéine est une longue chaîne de molécules plus petites appelées acides aminés. Dans une hélice alpha, le squelette de la chaîne s'enroule autour d'un axe central, et la chaîne latérale de chaque acide aminé pointe vers l'extérieur, comme les poils d'une brosse à bouteille. La largeur de l'ensemble du bâtonnet, chaînes latérales comprises, est donnée dans les études publiées comme étant d'environ 1 à 1,2 nanomètre. La valeur de 1,2 nanomètre indiquée plus haut se situe en haut de cette fourchette.

Sur toute sa longueur, l'hélice est très régulière. Chaque tour comprend 3,6 acides aminés et s'élève de 0,54 nanomètre, si bien que chaque acide aminé ajoute 0,15 nanomètre à la longueur. La spirale est maintenue dans sa forme par des liaisons hydrogène, des attractions faibles qui relient chaque acide aminé à celui situé quatre places plus loin dans la chaîne. Une hélice peut être courte ou longue : une hélice de 20 acides aminés mesure environ 3 nanomètres de long.

Comparaisons de taille

• La double hélice d'ADN, large de 2 nanomètres, est environ 1,7 fois plus large qu'une hélice alpha.
• Une hélice de 20 à 25 acides aminés, longue de 3 à 3,75 nanomètres, est assez longue pour traverser le centre, la partie qui repousse l'eau, d'une bicouche phospholipidique de membrane cellulaire. Les protéines qui traversent les membranes le font souvent au moyen d'hélices alpha.
• Une protéine typique mesure de 3 à 6 nanomètres de diamètre, soit environ 2,5 à 5 fois la largeur d'une hélice alpha.
• Entre environ 67 000 et 83 000 hélices alpha côte à côte s'étendraient sur la largeur d'un cheveu, qui mesure de 80 000 à 100 000 nanomètres de large.
• Agrandie un milliard de fois, une hélice alpha mesurerait 1,2 mètre de diamètre, et chaque tour s'élèverait de 54 centimètres. Un cheveu humain mesurerait de 80 à 100 kilomètres de large.

Sa découverte

Linus Pauling, Robert Corey et Herman Branson ont proposé l'hélice alpha en 1951. Pauling avait trouvé cette forme trois ans plus tôt, alors qu'il était alité avec un rhume à Oxford, en Angleterre. Il avait dessiné une chaîne protéique sur une feuille de papier et l'avait pliée jusqu'à ce qu'un tour de la spirale puisse former des liaisons hydrogène avec le suivant. Le dessin publié dans l'article de 1951 montrait une hélice gauche, l'image miroir de celles que l'on trouve dans les protéines naturelles.

Au printemps 1951, Max Perutz a lu l'article et a compris que le décalage de 0,15 nanomètre par acide aminé devait apparaître dans la diffraction des rayons X par une protéine. Il a testé cette idée sur un poil de cheval et a trouvé le signal exactement là où l'hélice le prédisait. En 1957 et 1959, l'équipe de John Kendrew a établi la structure de la myoglobine, une protéine qui fixe l'oxygène, et a observé ses hélices sous la forme de bâtonnets droits. Environ 75 % de sa chaîne est enroulée en hélices, longues de 7 à 24 acides aminés, et toutes sont droites.

Sources

• α-helix. In Foundations of Protein Structure. EMBL-EBI Training.
• Protein Structure. In Organic Chemistry. OpenStax, 2023.
• Predicting Helical Topologies in RNA Junctions as Tree Graphs. Laing et al., PLoS ONE, 2013.
• Type Three Secretion System in Attaching and Effacing Pathogens. Gaytán et al., Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2016.
• The Discovery of the α-Helix and β-Sheet, the Principal Structural Features of Proteins. Eisenberg, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2003.
• Myoglobin and the Structure of Proteins. John C. Kendrew, Nobel Lecture, 1962.
• Components and Structure. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• How Big Is the "Average" Protein?. In Cell Biology by the Numbers. Milo and Phillips, Garland Science, 2015.
• DNA Structure and Sequencing. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.