Biochimie - acides aminés PDF

Preview

Summary

Cours entier et concis, avec des illustrations et schéma issus des diapositives....

Description

CHAPITRE 4 : Les acides aminés I) Généralité De l'ADN à la protéine

-Chez l'homme la totalité de l'information génétique est inscrite dans 46 molécules d'ADN, les chromosomes. Les protéines -(Du grec, Protos : essentiel) Indispensable à la vie, vient en partie des aliments.. Les fonctions -Catalyse (enzyme) : -Enzyme de digestions , lucioférase de la luciole (luciférine + ATP = Lumière) -Structure : -Soie (toile araignée), Kératine (cheveux, ongles), cytosquelette. -Transport :-Hémoglobine, aquaporine (canal hydrique). -Mouvement : Tubuline, Kinésine (cytosquelette).

Les 20 acides aminés : -ALAMINE (A) -CYSTEINE (C) -ASPARTATE (D) -GLUTAMATE (E) -PHENALANINE (F) -GLICINE (G) -HISTIDINE (H) -ISOLEUCINE (I) -LYSINE (K) -LEUCINE (L) -METHIONINE (M) -ASPARAGINE (N) -GLUTAMINE (Q) -ARGININE (R) -SERINE (S) -VALINE (V) -THREONINE (T) -TRYPTOPHANE (W) -TRYOSINE (Y) + PROLINE

II) La structure des acides aminés et de leur chaîne latérale. II. 1) Structure générale Composition des protéines -Pour comprendre en profondeur la physiologie et les autres mécanismes biologiques il faut connaître les protéines. Ce sont des macromolécules biologiques majoritaire des cellules (60 % du poids sec) qui communiquent avec d'autres molécules. -Macromolécule polymérique

Les Acides Aminés -Acides Aminés = Monomère qui produit la clef de la structure de la protéine (séquence et forme)

« leur briques de construction ». -Il existe 20 acides aminés protéogène . La diversité des protéine est du a la combinaison infinie (20^) des 20 AA. -Application physiologique : Une mutation au niveau d'un AA peut entraîner une perte de fonction de la protéine et donc une pathologie . EX : Anémie falciforme ( ou drépanocytose) : mutation d'un gène de l'hémoglobine → changement de morphologies des hématies → Lyse des hématies : déficit du transport de l'oxygène.

Structure générale des acides aminés -1806 : (Roquet & Vaugelin) → isolement du 1er AA à partir de l’asperge. -Les AA ont des unités structural commune avec un carbone central chiral (C α), des fonctions carboxyle (α-COO-) et amine (α-NH3+), un hydrogène (H) et un radical R (chaîne latéral) → ils différentes par la nature de cette chaîne latérale.

Une exception structurale, la PROLINE La proline possède C α, COO-, une fonction amine secondaire (NH2), une hydrogène (H), et une chaîne latéral cyclisé.

II. 2) Les chaînes latérales La variabilité de la chaîne latéral reflète les propriété de chaque AA de taille, forme, polarité électrique, de charge et de réactivité chimique différentes. *Variabilité dans la formation des liaisons de types VDWaals, hydrogène ou hydrophobes, ioniques ou covalentes. *Variabilité de solubilité dans l'eau, de la forme et des propriétés des protéines. *Nomenclature est un code a une lettre.

Classifications des acides aminés -En fonction des propriétés de leur chaîne latérale, les 20 acides aminés sont regroupés en différentes classes. Ils présentent des propriétés physico-chimiques différentes liées a la nature de leur chaîne latérale. On distingue les acides aminés -Il existe 3 groupes selon la polarité et la charge de chaînes latérales : aliphatiques, aromatiques, chargés, et non chargé. *Chaîne latérale non polaire (absence de dipôles) *Chaîne polaire non ionsable ( pas d’acquisition de charge complète, que dipôle) *Chaîne latéral polaire non ionisables

Acides Aminés à chaînes latérales non polaires -Chaîne latéral généralement dépourvus d' O et N ayant : *Soit une chaîne aliphatique linéaire ou ramifié comme la GLYCINE (G), sans carbone asymétrique (le seul), l'ALANINE (A), la VALINE (V), la LEUCINE (L), et l'ISOLEUCINE (I). *Soit une fonction amine secondaire comme la PROLINE. -Chaîne latérale généralement dépourvue d' O et N ayant : *Soit une chaîne linéaire avec un soufre (S), comme la METHIONINE (M) (← codant pour début de la transcription AUG). *Soit un noyau aromatique comme le TRYPTOPHANE (W) avec un noyau indole, et la PHENALANINE (F) avec un groupement φ.

Acides Aminés à chaînes latérales polaire non ionisables -Chaîne latérale contenant un O et un N : *Soit une fonction alcool I ou II comme la SERINE (S) et la THREONINE (T). *Soit une fonction amide I comme l'ASPARAGINE (N) et la GLUTAMINE (Q).

Acides Aminés à chaînes latérales polaire ionisables -Chaîne latérale non chargés à pH physiologique comme : *La CYSTEINE (C) avec sa fonction Thiol, permet la formation d'une liaison covalente particulière → le pont disulfure (S-S). *La TYROSINE (Y) un aromatique possédant une fonction φ hydrolysé. *L'HISTIDINE (H) avec l'azote N du noyau imidazol majoritairement déprotonné (=90%), a pH physiologique. -Chaîne latérale chargées positivement (+) à pH physiologique : *La LYSINE (K) avec un groupement amine. *L'ARGININE (R) avec un groupement guanide. -Chaîne latérale chargées négativement (-) à pH physiologique comme ASPARTATE (D) et le glutamate (E) et qui possède une fonction carboxyle.

Propriété des Acides aminés -Application physiologique avec l'exemple de de l'anémie falciforme. *Mutation au niveau du 6ème résidus d'AA de l'hémoglobine , E → muté en V. (E6V) : Glutamate position 6 remplacé par Valine). -E polaire/ V apolaire : apparition de liaisons hydrophobes entre chaînes latérales de V en créant des long polymère avec des zones hydrophobes (→ modifie la structure de la cellule en faucille car les molécules s'associent). L'erytrocyte en faucille empêche la fixation de l'oxygène.

-E chargé / V non chargé : disparition de liaison ionique d'une structure protéique différente, et déformation des hématies : lyse des cellule et anémie → établissement de pont salin. -Chez V, la région hydrophobe est exposé, elle s'agrège pour minimiser le contacte avec l'eau.

Les acides aminés essentiels : -Les acides aminés ne sont pas synthétisé par notre corps mais fournis par notre alimentation. -Il y en a 8 chez les adultes mais 10 chez les enfants car il y a beaucoup plus de synthèse pendant la croissance. → Lysine (K), Valine (V), Leucine(L), Tryptophane (W), Méthionine (M), Thréonine(T), Phénylalanine (F), Isoleucine (I) + Histidine (H), Arginine (R).

III) Les propriété des acides aminés III.1) Les propriétés stéréochimique et spectrale Les énantiomères -Tout les acides aminés ont au moins leur C α asymétrique... sauf la glycine !! -Il existe 2 isomères optique non superposable : des molécules chiral. → Déviation de plan de la lumière polarisé en sens contraire, à gauche négatif (–), à droite positif (+). -Propriété UV utilisé pour l'étude de protéine par dipro (…)

Configuration L et D Représentation de Fischer : *NH3+ à gauche → L / *NH3+ à droite → D -Pas de lien absolue entre la configuration L et D et le pouvoir rotatoire (+) ou (–).

-Les acides aminés protéinogène naturels sont de configuration L à l’exception des peptides de la paroi bactérienne, et de la peau des amphibiens. -Les acides aminés de configuration D, généré par l'isomérisation post-traductionnel, sont indispensable à l’activité biologique les contenant. (Les L ont été favorisé)

Stéréoisomère

-La thréonine (T) et l'isoleucine (I), possèdent 2 C asymétriques, d’où l’existence de 4 isomères. -Exemple de la thréonine : quand HO et +H3N sont du même coté on ajoute « ALLO » (L-allo/D-allo).

Propriété spectral des acides aminées -Les propriété spectrales des acides aminés sont dues a leur interactions avec la lumière d’où une grande variété de technique d'étude dépendant de leur longueur d'ondes de lumière utilisé (100nm → 700nm).

Absorbance -Diminution exponentielle de l'intensité du rayonnement lors du passage de la lumière au trous d'un tampon en fonction de la concentration des molécules absorbantes présentes.

Absorbance naturel dans l'UV ou IR -Les acides aminées n'absorbent pas dans le visible : Les électrons des cycles des acides aminées aromatique (F, W, Y) auteur de 260 à 280nm.

Absorbance dans l'UV et PH -Dissociation du groupe phénol de la tyrosine en milieu alcalin : Plus forte mobilité des électrons. *Effet bathochrome (/= Hypsochrome) → augmentation (lambda)max *Effet hyperchrome (/= Hypochrome) → augmentation (epsilon)max Détermination du nombre et de l'état d'ionisation de la chaîne latérale dans une protéine native.

Spectrophotométrie

-Détection → dans l'UV pour les acides aminées et protéines → dans le visible si la solution est coloré

Fluorescence -État fondamental → états excité (instable). -Tyrosine et Tryptophane : intensité de fluorescence assez élevé pour permettre leur analyse lors d'études structurale.

III.2) Propriété acido-basique des acides aminées -Possédant une fonction acide (COOH) et une base (NH2), ce sont des molécules amphotères ( ou ampholytes) → Elles ont les propriétés acide et base : elle peuvent libérer ou gagner un protons. -Ionisation en solution du groupement α-amine , α-carboxyle.

-Propriétés différents selon la nature chimique des chaînes latérales des aa.

PH d'un acide faible -Équilibre pour un acide simple : (équation) -Possibilité d'en tirer la valeur du pH : (formule)

Pka des acides aminées -Acides aminées a chaîne latérale non ionisables : dissociation successive du protons des deux fonction acido-basique, d’où 2 contentes de dissociation.

Pka des fonctions α-aminés et α-carboxyle -La valeur du pka, d'un acide carboxylique est d'environ 4,5 et celle d'un amine de l'ordre de 10. -La valeur du pka varie selon l'environnement , selon la nature de la chaîne latérale → libération de AH, réaction protons. -Pka des groupement carboxylique est compris entre 1,8 – 2,6. -Pka des groupement amine compris est compris entre 8,8 – 10,6.

Courbes de titrage -Suivie des variations du pH d'une solution contenant des acides aminées en fonction de la quantité de base ou acide ajouté. -Pour un acide aminé a chaîne latérale non ionisé, 2 demi équation correspondent au Pka des fonctions carboxyle (pk1) et amine (pk2). -L'évolution du pH n'est pas linéaire : Zone tampons de l'acide aminés. Zone de pH autour des Pka. -Extrémité de la courbe , l'acide aminé se comporte comme un acide faible ou une base faible (charge (–) : groupement carboxyle / charge (+): groupement amine.)

Pka des chaînes latérale -Lorsqu'il existe, le groupement ionisable de la chaîne latérale a son propre Pka. *Très basique (12,50) → forme protoné (au dessus du Pka) * Très acide (4,10) → Forme déprotoné (en dessous du Pka) -Présence d'un 3ème palier sur la courbe de titrage. -Propriété des acides aminée généralisés aux peptides et au protéine mais la courbe des valeurs de Pka est plus complexe. -(...)

Point isoélécrique -Valeur du pH pour laquelle la charge globale porté par la molécule est nulle (nombre de charge positive = nombre de charges négative ). -Absence de déplacement dans un champs électrique. (→ minimum de stabilité) -Cas de la chaîne latérale d'un acide aminé dépourvus de groupement ionisable.

-D’où la neutralité électrique quand [A-] = [AH2+] : [H3O+2] = K1xK2 -pHi = pH isoélectriques.

-Molécules amphotère possédant 2 groupements ionisable associés au Pk(cooh/coo-) et Pk(NH3+/NH2-). -En solution aqueuse, les acides aminés sont sous forme zwitterion : Le zwitterion représente l'espece de charge globale nulle et constinue l'espèce majoritaire en pH isoéléctrique (pHi). -Glycine → molécule amphotère avec un Pke égal à 2,3 et un Pkn à 9,6 et donc égal à 5,95. Glycine sous forme zwitterion (en rouge sur le diagramme) -pH diminue pka → sous forme protoné (et vise versa). AH2+ → AH+ → A*pH= pkc → autant d'acide faible que de base conjugué. *pHi= électriquement neutre (AH+ à sa concentration max) *pk= pkn-1 : 90 % acide fort et 10 % base conjugué. *pH= pkn → autant H+ et A-. -Acides aminées en solution, n'existe jamais sous forme (COH-CH2) → toujours protonné ou déprotonné. -Pour les acides aminés ayant une chaîne latérale avec n groupement ionisable, le pH est égal a la demi-somme des pk qui entoure la forme Zwitterion.

Électrophorèse -Séparation de molécule chargés sous l'influence d'un champs électrique : séparation sur papier ou sur couche mince de cellulose d'acide aminés selon leur charge nette globales au pH donné. *Anode attire les ions/ anions chargé (–). *Cathode attire les ions/ cations chargé (+). -A charge nette égale, la taille interviendra comme critère secondaire. -Les acides aminés sont révélés après migrations par coloration : *à la mninhydrine : composé pourpre insoluble (sensibilité 10 nmols) sauf pour la proline qui donne un composé pure. *à la fluorescamine plus sensible ( 10 pmoles).

Electrofocalisation -Sous l'influence d'un champ électrique, séparation des acides aminés dans un gradient de pH, jusqu'à la zone ou le pH est égale à leur PL, (point isoltechnique, qui entour la forme zwitterion). -Technique peu utilisé pour séparer les acides aminés isolés.

Chromatographie échangeuse d'ions -Séparation des acides aminé en fonction de leur groupement chargés dans une colonne contenant un réseau de polymère insolubles. *chargés + : résine de DiEthylAminoEthyl (AEAE):échangeuse d'ions. *chargés - : résine de CarboxyHéthyl (CH) ou de polystyrène sulfonique : échangeuse de cations. 1) Cations immobilisé sur la phase stationnaire. 2) Mélange d'AA à un pH donné, la phase mobile. 3)Interaction entre les AA chargés et la phase stationnaire. 4) Séparation des AA selon leur charges. -Analyse rapide des AA.

Solubilité dans l'eau -A priori les acides aminé polaire sont hydrophile donc soluble, alors que les acides aminés apolaires sont hydrophobes. -Hydrophobie/ Hydrophile : Notion relative dépendant : *du caractère polaire / apolaire de la chaîne latérale. *de la prise en compte du caractère hydrophile / hydrophobe. -Les acides aminés sont constitutivement hydrophile du fait de la présence de groupement ionisable chargé. On peut établir une échelle de polarité

*Arginine à lysine →hydrophiles *sérine à proline → acides aminé neutre ou faiblement hydrophobe. *Méthionine à phénylalanine → grand acide aminés non polaire ou aromatique.

Chromatographie sur couche mince -Chromatographie de partage avec une phase stationnaire polaire/ hydrophile, fixé sur un support inerte et une phase mobile liquide apolaire / hydrophobe.

Finger-Print -Séparation des 2 dimentions en combinant les techniques : *d’électrophorèse (charge nette) *de chromatographie sur couche mince (hydrophobie). Révélation coloration a la ninhidryne.

Chromatographie en phase inverse -Chromatographie d’absorption phase stationnaire solide non polaire ert une phase mobile liquide polaire : *Rétention des acides aminés non polaires. *Eluation avec une phase mobile de plus en plus hydrophobe. -Analyse de mélanges de molécules possédant des régions non polaire. -Réalisation impliquant l'utilisation d'une chromatographie liquide à haute performance (HPLC). *forte pression exercée sur la phase mobiles. *analyse plus rapide. -Détection par mesure de l'absorbance en sortie de colonne.

II.3) Les propriété chimique des acides aminés -Compréhension de mécanisme d'actions des acides aminés dans les protéines(...) -Les groupement amine et carboxyle sont communs a tout les acides aminés. -Modification sélectives des acides aminés via leur chaînes latérales.

Propriétés chimique des groupement amine -Groupement α-amine très réactif puissant nucléophile. -Amidation = condensation avec α-COO- d'un acide aminé, enchaînement des acides aminés ???

Propriétés chimique des groupement carboxyle. -Groupement α-carboxyle peu réactif . Dessiner petit schéma → délocalisation des électrons : stabilise le groupement α-NH3+ d'un acide aminé. -Amidation : condensation avec α-NH3+ d'un acide aminé, enchaînement des acides aminés par une liaison peptidiques. -Estérification : étape préalable a la formation de liaison peptidique. -Décrarboxylation : formation de cadavrénine (→ putréfaction) à partir de la lysine. Synthèse d'histamine (allergie) à partir de l'histidine.

Groupement soufré -Conserve la chaîne latérale de la cystéine. -Déshydrogénation / Oxydation en cystéine, formation des pont disulfure impliqué dans la stabilité / structure des protéines. -Réversibilité des pont disulfure naturellement catalysé par une protéine chaperone (protéine disulfide isomère ) ou chimiquement l'atin des agents réducteurs.

Groupement hydroxyle -Présent dans les chaînes latérales de Thyrosine/ Sérine/ Thréonine. -Phosphorylation permettant le contrôle de l'activité des protéines. -Application physiologique = régulation des voies métabolique par phosphorylation / déphosphorylation. -Contrôle du cycle cellulaire.

-O-glycosylation conservant les chaîne latérale des sérines et thréonine, ayant un lien dans l'appareil de Golgi et donnant des glycoprotéines. -Base de groupe sanguin → surface des hématies. -Protections des voies aériennes et digestives (mucine) → mucus présent au niveau des paumons.

Groupement amide -N-glycosylation de la chaîne latérale de l'asparagine dans le réticulum endoplasmique et dans l'appareil de Golgi, ou 90 % des protéines sont glycosylées. -Application physiologique : formation des glycoprotéine membranaire. Point d'échange de certain virus infectieux (grippe, herpès).

IV) Rôles biologiques des acides aminés et de leur dérivés Messagers de la communication -Neurotransmetteurs : composés chimique secrété par les neurones au niveau des vésicule présynaptique pour modifié les comportement des cellules voisines interagissant au niveau des cellules post-synaptiques.

-Neurotransmetteurs excitateurs comme le glutamate, le plus répendus dans les système nerveux central, impliqué dans l’apprentissage et la mémoire. -Neurotransmetteurs inhibiteur (GABA) synthétisé par le dé-carboxyle du glutamate des agénistes sont utilisés dans la crise d’épilepsie.

*Neurotransmetteurs : *Transformation de la tyrosine en dopamine impliqué dans le mouvement et la posture. *La maladie de Parkinson correspond à une dégénérescence de neuronnes qui produisent la dopamine → diminution de la dopamine libéré . -Neurotransmetteur comme dans la transformation de la cystéine en Taurine : fonction cardiaque et vasculaire. (Utilisé comme additif dans les boissons énergisantes.)

Système de défense -Des acides aminés non protéinogènes obtenue par modification post traductionnel des acides aminés. *D-Alanine et D-glutamate dans la paroi bactériennes permettant le masquage de l'enveloppe bactérienne avec l'enzyme de l'hôte dirigés contre les résidus de configuration L. *Peptides antimicrobiens de la peau d'amphibien (bonbinies H). -Acides aminés non protéinogène comme le L-canavanine chez les végétaux. *antimétabolite de l'arginine. *insecticide naturel retrouvé dans certains légumineuses....