Biochimie Acides Aminés, Peptides et Protéines

1 BiochimieAcidesAmin s, Peptides et Prot inesChikouche Ammar1 LES Acides AMIN S2 Plan Introduction D finition des Acides amin s Structure des Aa Importance biologique Classification: Les Acides amin s naturels Nomenclature des Aa Les Aa essentiels Les autres Acides amin s Propri t s physiques des Aa Propri t s chimiques des Aa M thodes d tude des Aa3 Introduction Les Acides amin s sont les constituants fondamentaux des prot ines. Plus de 300 Acides amin s ont t inventori s. Synth tis s par les animaux, les micro-organismes et les v g taux. Source: Exog ne: apport alimentaire Endog ne: catabolisme des Prot ines On distingue deux cat gories: 1. Les Aa naturels standards : 20 diff rents Aa prot inog nes sont trouv s soit dans des petits Peptides (<20 Acides amin s) soit formant des prot ines. 2. Les autres Aa. Dont certains sont trouv s l tat libre (ornithine et la citrulline)..4D finition Les Acides amin es ou aminoacides sont des mol cules chimiques, qui poss dent deux fonctions: Une fonction acide carboxyliqueCOOH; Une fonction amine primaire NH2; COOH R CH NH2 Ces deux fonctions sont port s par un m me atome de carbone (not ) Les Aa diff rent par la nature de la cha ne lat rale R.

2 Remarque:Nomenclature des carbones d une chaine C C C C C COOH 5 Structure d un acide amin Les Aa ont un motif structural commun6 Diff rents Acides amin s Autres: Aa modifi s: hydroxyproline, hydroxylysine, phosphos rine. Aa impliqu s dans des voies m taboliques: m thyl-histidine, homocyst ine, acide gamma hydroxybutyrique .. Les Aa naturels: 20 Aa qui sont incorpor s dans les prot ines lors de la traduction (Aa standards) + 1 Aa. AlanineGlycine ProlineArginine Histidine S rine Asparagine Isoleucine Thr onine Acide aspartiqueLeucine Tryptophane Cyst ine Lysine Tyrosine Acide glutamiqueM thionine Valine GlutaminePh nylalanineS l nocyst ine7R le des Acides amin s Le r le des Acides amin s est multiple: Structurale : monom res des prot ines. Energ tique : substrats nerg tiques. M tabolique : pr curseurs de mol cules d int r t biologique ou interm diaires m taboliques. 8 Classification des Acides amin s naturels Neutre: un groupe amino, un groupe carboxyle et une chaine lat rale: Aliphatique Hydroxyl e Souffr e noyau aromatique Cyclique Acide: un groupe amin , un groupe carboxyl et une chaine lat rale carboxyl e Basique: un groupe amin , un groupe carboxyl et chaine lat rale basique9 Les Acides amin s standardsAliphatique10 Les Acides amin s standardsAcides amin s soufr s11 Les Acides amin s standardsAcides amin s hydroxyl s12 Les Acides amin s standardsAcides amin s noyaux aromatique13 Les Acides amin s standardsDiacides et leurs amides14 Les Acides amin s standardsAcides amin s basiques15 Remarques 2- S l nocyst ine: Acide amin avec du s l nium la place du souffre; entre dans la constitution de certaines enzymes (glutathion peroxydase).

3 1- Proline: Acide imin chaine lat rale cyclique)16 Classification des Acides amin s selon la polarit de la chaine lat rale R pH neutre 1) Polaires o Non ionisables: Non charg es pH neutre S rine, thr onine, asparagine, glutamine, cyst ine et tyrosine. o Ionisables: Charg es n gativement pH neutre Acide aspartique, acide glutamique, Charg es positivement pH neutre Lysine, arginine et histidine 2) Non polaire : Non charg es pH neutre (apolaire ou hydrophobe) Glycolle, alanine, valine, leucine, isoleucine, m thionine, ph nylalanine, tryptophane et proline17 Nomenclature des Acides amin sCodage des 3 lettresCode 1 lettreNomCode 3 lettresCode 1 lettreAlanineAlaALeucine LeuLArginine Arg RLysine LysKAsparagine AsnNM thionine MetMAcide aspartique AspDPh nylalanine PheFAcide glutamiqueGluEProline ProPCyst ine CysCS rine SerSGlutamine GlnQThr onine ThrTGlycineGlyGTryptophane TrpWHistidine His H Tyrosine TyrYIsoleucine IleIValine Va lVS lenocyst ineSec U18 Les Acides amin s essentiels Acide amin essentiels: la valine, la leucine, l isoleucine, la ph nylalanine, le tryptophane, la lysine, la m thionine et la thr onine Lysine et Thr onine.

4 Absolument essentiels. Acides amin s parfois essentiels, dans certaines conditions (grossesse, croissance) l histidine et l arginine deviennent essentielles. (Arg +++ = chez le Nourrisson) Semi essentiels : tyrosine et la cyst ine (ph nylalanines et la m thionine)M thionineMetMLeucineLeuLValineValVLys ineLysKIsoleucineIleIPh nylalaninePheFTryptophaneTrpWHistidineHi sHThr onineThrTArginineArgRPour retenir: Mets-le dans la valise, il fait trop d histoires Met-Leu-Va l-Lys-Ile-Phe-Trp-His-Thr (plus l Arg)19Aa modifi s apr s la traduction des prot ines20Aa entrant dans des m tabolismesCes Aa ne sont pas utilis s pour produire des prot ines, mais entrent dans des m tabolismes21 III) Propri t s physico chimiques des Acides amin s 1) Propri t s physiques A- Solubilit B- St r ochimie des Acides amin s (Notation D, L) C-Pouvoir rotatoire des Aa D- Propri t s ioniques E- Propri t s spectrales 22A-Solubilit Les Aa sont solubles dans l eau.

5 Les plus solubles sont les plus petit (glycocolle) ou ceux qui portent des radicaux mouillables commeNH2, COOH ou OH (s rine), Les Acides amin s long chaine carbon e sont peu solubles dans l e a u . Faiblement solubles dans l alcool. La solubilit dans les solvants apolaires d pend de la chaine lat rale. En pr sence de deux phases liquides ( thanol/eau), les aminoacides se r partissent dans les deux phases avec des coefficients de partage sp cifique : cette propri t est utilis e pour les classer .23B- St r ochimie des Acides amin s Les Acides amin s comprennent tous, 1 ou 2 carbones asym triques: ce sont des mol cules chirales, l exception de la glycine. L atome de carbone asym triques appel centre de la chiralit est li quatre substituant diff rents donc substitu asym triquement. Il existe 2 st r o-isom res de configuration diff rentes D-acide amin et L-acide amin Ils sont appel es nantiom res (non superposables; images l un de l autre dans un miroir)24 Notation D, L Les configurations absolues de toutes les mol cules d riv es du carbone sont rapport es au D-glyc rald hyde [isom re (+)] et L-glyc rald hyde [isom re (-)].

6 25 Notation D, L En r gle g n rale les Acides amin s pr sents dans les prot ines naturelles appartiennent la s rie L. Mais on peut trouver des Acides amin s de configuration D dans certains produits naturels (antibiotiques )26 Notation D, L Cas d' Acides amin s ayant un deuxi me centre chiral. 2n structures isom riques (n = nombre de centres chiraux) Cela correspondent 2 paires d nantiom res Des isom res qui diff rent par un seul des centres asym triques sont des diast roisom res27 Notation D, L Le carbone 3 ( ) de la thr onine et de l'isoleucine est aussi un centre chiral Leur nantiom re (L) existe sous deux formes pim res. On affecte le pr fixe "allo" l' pim re que l'on ne trouve pas dans les prot ines :28C- Pouvoir rotatoire des Aa Les nantiom res poss dent une activit optique: C est la propri t de d vier la lumi re polaris e; Plac s dans le faisceau dune lumi re polaris e plane, ils provoquent la rotation du plan de polarisation.

7 Si la rotation s effectue dans le sens des aiguilles d une montre, on dit que la mol cule est dextrogyre (+) Si la rotation s effectue dans le sens inverse des aiguilles d une montre, on dit que la mol cule est l vogyre (-)29D- Propri t s ioniques (ou Propri t s acido basique des Acides amin s) Les aminoacides poss dent deux groupements ionisables PH convenable, 1 fonction acide -COOH et 1 fonction basique -NH2. Ils prennent la forme dipolaire ou ion mixte, ce sont des mol cules amphot res. Ils peuvent agir comme des Acides et comme des , effet du pH La forme dipolaire peut, En milieu acide, accepter un proton (H+) sur le groupement (COO-); En milieu alcalin perdre un proton (H+) du groupement (NH3+). En allant du PH tr s acide PH tr s alcalin, l volution des charges peut tre sch matiser comme suit:31 Point iso lectrique (pHi) Tous les Acides amin s poss dent un point iso lectrique ou PI, PI = pH pour lequel l Aa en solution tamponn e a une charge nette nulle (somme des charges intramol culaires est nulle).

8 L Aa apparait ce PH comme tant neutre(alors qu il a au moins deux charges intra mol culaires r alisant un zwitt rion). Le zwitt rionposs de autant de charges positives que de charges n gatives, par Le groupement carboxylique charg n gativement Le groupement amin , charg positivement Les groupements ionisablesde leurs chaines lat rales. 32 Point iso lectrique (pHi) PI= PKa (groupement carboxyl) + PKb (groupement amine)2 pK= pH de demie-dissociation = 50% du groupement est dissoci .Ainsi une courbe de titration, peut tre trac e et interpr t e en fonction de la variation du PH pour les Acides amin s33 Courbe de titration d un acide amin monoamin et monocarboxylique: (l alanine)AnionZwitt rionCation34 Courbe de titration L Acide glutamiqueLa lysine3536 Constantes caract ristiques des diff rents AaR capitulatif Le point iso lectrique (pHi) est le pH o un Aa se trouve dans sa forme neutre . A ce pH, l Aa existe presque exclusivement sous la forme dipolaire.

9 A un pH sup rieur au point iso lectrique, les Acides amin s forment des anions; au dessous de ce pH critique, ils fixent des protons et existent l tat de cations. Le pHi pour les Acides amin s neutres va de pH 4,8 6,3. Pour les Acides amin s basiques, le pHi s tende de 7,8 10,8 Pour les Acides amin s Acides , le pHi va de 2,7 3, Propri t s spectrales Coloration et absorption de la lumi reLes solutions d Aa sont incolores, mais sont visibles en UV: < 230 nmLes Aa aromatiques absorbent vers 280 nmUtile pour rep rer la pr sence de prot ) Propri t s physico chimiques des Acides amin s 2) Propri t s chimiques : A- Propri t s de la fonction carboxylique Est rification par un alcool Formation d amide (liaison peptidique) R action de d carboxylation B- Propri t s g n rales li es au groupe NH2 Formation d imine base de Schiff : r action avec un ald hyde N-Acylation Action du 1-fluoro 2,4-dinitrobenz ne Action du ph nylisothiocyanate Dansylation D samination, transamination R action avec la ninhydrine : d samination oxydative C- Propri t s des chaines lat t s de la fonction carboxylique Est rification par un alcool.

10 En pr sence d un acide fort R action utilis e pour s parer les aminoacides en phase gazeuse (et m me en phase liquide) en produisant des d riv s esters t s de la fonction carboxylique Formation d amide (liaison peptidique): synth se peptidique (lier le carboxyle d'un aminoacide avec l'amine du suivant).41A-Propri t s de la fonction carboxylique R action de d carboxylation: synth se d amine (ex:histamine) Par voie chimique ou enzymatiqueExemple:-S rine: donne thanolamine(pr curseur de la choline)-Histidine donne l histamine (vasodilatateur intervenant dans les r actions d'allergie ou d'inflammation)-Acide glutamique : donne 4-aminobutanoiqueou "GABA" (neurotransmetteur).42B- Propri t s li es au groupe NH2 Formation d imine base de Schiff : r action avec ald hyde: Addition de carbonyle Sauf la proline qui contient une fonction amine Propri t s li es au groupe NH2 N-Acylation Avec des compos s tels que les anhydrides d Acides ou des chlorures d acide, les Acides amin s forment des d riv s N-acyl s44B- Propri t s li es au groupe NH2 Action du 1-fluoro 2,4- dinitrobenz ne Le FDNB r agit facilement avec les fonctions amin s pour former un d riv N-2,4- dinitroph nyl.