Biochimie cours 1 bis acides amines relu par RC 1 PDF

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Biochimie cours 1 bis acides amines relu par RC 1...

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TUTORAT SANTÉ PARIS-SACLAY

18/09/2020

CARNETS DU TUTO BIOCHIMIE Biochimie structurale : les acides aminés bis

Ce document est réalisé sous l’entière responsabilité du Tutorat Santé Paris -Saclay avec l’aval des professeurs de l’université. Il ne constitue en aucun cas une référence opposable aux examens officiels.

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Table des matières I - Ionisation des acides aminés .......................................................................................................................... 3 1. Notion de pKa .................................................................................................................................................. 3 2. Courbe de titration ......................................................................................................................................... 4 3. Point isoélectrique (pI ou pHi) ................................................................................................................... 6 II - 21ème et 22ème acides aminés standards .................................................................................................... 7 1. Sélénocystéine (Sec, U) ................................................................................................................................. 7 2. Pyrrolysine (Pyl, O) .......................................................................................................................................... 7 III - Acides aminés non constitutifs des protéines ....................................................................................... 8 1. Acide L-Glutamique........................................................................................................................................ 8 2. L-Histidine .......................................................................................................................................................... 8 3. L-Tyrosine.......................................................................................................................................................... 9

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I - Ionisation des acides aminés 1. Notion de pKa Les acides aminés possèdent des groupements ionisables qui peuvent exister sous deux formes différentes (AH et A-). Il s’agit de la fonction acide carboxylique COOH → COO- + H+ et de la fonction amine NH3+ → NH2 + H+. Ces deux fonctions possèdent chacune un pKa. Les formes AH et A- sont en équilibre selon l’équation AH ↔ A- + H+ La constante de dissociation, ou constante d’acidité, correspond à : 𝐾𝑎 = D’après l’équation d’Henderson-Hasselbach on a : 𝑝𝐻 = 𝑝𝐾𝑎 + log10

[𝐴−][𝐻+ ] [𝐴𝐻]

[𝐴−] [𝐴𝐻]

Le pKa correspond au pH de demi neutralisation d’une fonction ionisable. C’est à dire que quand on a pH = pKa la fonction ionisable de l’acide aminé sera à 50% sous forme protonée AH et 50% sous forme déprotonée A-. Autrement dit quand pH = pKa, alors [AH] = [A-]. On peut retrouver cette propriété grâce à l’équation d’Henderson-Hasselbach. Quand la valeur du pH est inférieure au pKa on sera sous la forme protonée AH et, à l’inverse, quand le pH est supérieur au pKa on sera sous la forme déprotonée A-.

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Il existe en tout 7 acides aminés qui possèdent des groupements ionisables sur leur chaîne latérale. Le tableau suivant regroupe ces différents groupements, présents sous 2 formes selon les valeurs de pH, ainsi que les fonction COOH et NH3+ et les pKr qui leur sont associés :

Le tableau n’est pas à apprendre par cœur mais il pourra vous être utile de connaître les fonctions ionisables pour la résolution de certains exercices. Les pKr sont eux à connaître ! Exemple de l’Histidine : Le pKa de l’histidine est 6 (du à l’azote du cycle imidazole) et on se place ici à pH 7. [𝑁]

D’après l’équation d’Henderson-Hasselbach on a : 𝑝𝐻 = 7 = 6 + log10 [𝑁𝐻+ ] [𝑁]

Cela nous donne log [𝑁𝐻+ ] = 1, soit

[𝑁] [𝑁𝐻+ ]

= 10

A pH 7, il y a 10 fois plus d’histidine sous forme déprotonée N que sous forme protonée NH+. Ce résultat peut varier selon le micro environnement.

2.Courbe de titration La courbe de titration représente l’évolution du pH en fonction de l’ajout progressif d’une base (par exemple, de la soude NaOH afin de faire monter le pH). Le pH ne varie pas de façon linéaire. En effet la courbe présente des plateaux, qui correspondent aux valeurs de pKa, 4

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autour desquelles les acides aminés exercent un pouvoir tampon. Une courbe de titration possèdera donc toujours un plateau à 2,1 et un à 9. Cas de la Glycine :

Elle ne possède pas de groupement ionisable sur sa chaîne latérale, elle n’aura donc que 2 valeurs de pKa sur sa courbe : - acide carboxylique : 𝑝𝐾𝑎1 = 2,1 qui correspond au 1er plateau - amine : 𝑝𝐾𝑎2 = 9 qui correspond au 2e plateau On observe sur l’échelle de pH l’évolution des fonctions ionisables.

Cas de l’aspartate :

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Il possède un groupement ionisable sur sa chaîne latérale et son pKr est 4,1 : il y aura donc un 3e plateau. On observe sur l’échelle de pH que la charge nette varie de +1 à -2. Pour les acides aminés possédant une fonction ionisable sur la chaîne latérale il y aura donc présence d’un 3e plateau correspondant au pKr de cette fonction.

3.Point isoélectrique (pI ou pHi) Le point isoélectrique correspond au pH pour lequel l’acide aminé porte une charge nette nulle, autrement dit, c’est lorsqu’il est sous forme zwitterion. On détermine le pI en faisant la demi somme des pKa qui entourent la forme zwitterion : 𝒑𝑰 =

𝒑𝑲𝒂𝟏 + 𝒑𝑲𝒂𝟐 𝟐

Si l’acide aminé possède un pKr, il faut bien faire attention à quelles valeurs de pKa entourent la forme zwitterion. Exemple de l’aspartate : 𝑝𝐼 =

2,1+4,1 2

= 3,1

A pH physiologique, les chaines latérales des acides aminés basiques (chargés positivement : R, K, H) et des acides aminés acides (chargés négativement : D, E) peuvent être impliquée dans des liaisons ioniques. A pH physiologique, les acides aminés polaires, qu’ils soient chargés ou non, peuvent établir des liaisons hydrogènes.

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II - 21ème et 22ème acides aminés standards Ce sont deux acides aminés rares qui peuvent être incorporés lors de la traduction. Ils possèdent leur propre ARNt (= ARN de transfert).

1.Sélénocystéine (Sec, U) La sélénocystéine est codée par le codon UGA (il s’agit d’un codon stop qui peut, dans certaines configurations de l’ARN, être lu comme un codon codant la sélénocystéine). Cet acide aminé est présent chez tous les mammifères dans certaines protéines. Il est notamment présent dans le site actif de la Glutathion peroxydase. Sa structure est proche d’une cystéine : le soufre est remplacé par un atome de sélénium.

2.Pyrrolysine (Pyl, O) La pyrrolysine est codée par le codon UAG (là encore c’est codon stop codant pour la Pyl dans certaines conditions). Cet acide aminé n’est présent uniquement que chez certaines archéobactéries. Elle possède un noyau pyrrole.

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III - Acides aminés non constitutifs des protéines Plusieurs acides aminés n’entrent pas dans la composition des protéines mais jouent un rôle important à l’état libre. L’ornithine et la citrulline sont deux acides aminés libres qui participent à la synthèse de l’urée. L’azote toxique est éliminé chez l’homme sous la forme d’urée (H2N-CO-NH2). Plusieurs molécules biologiquement actives sont synthétisées par décarboxylation d’acides aminés. On parle d’amines biogènes. C’est à dire qu’à partir d’un acide aminé précurseur décarboxylé on obtient une amine biogène.

1.Acide L-Glutamique

L’acide L-Glutamique est le précurseur de l’acide γ-aminobutyrique (= GABA, un

neuromédiateur). Le GABA est obtenu par décarboxylation et peut, à son tour, être hydrolysé en γ-hydroxybutyrique (=GHB) qui a longtemps été utilisé comme anesthésiant en milieu hospitalier et qui est aujourd’hui utilisé comme drogue du violeur.

2.L-Histidine L’histidine est le précurseur de l’histamine, impliquée dans les réactions allergiques.

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3. L-Tyrosine

La L-tyrosine est le précurseur du DOPA qui est obtenu par hydroxylation. Le DOPA est luimême le précurseur de la dopamine qui est obtenue par décarboxylation. La dopamine sert de précurseur à l’adrénaline (neuromédiateur). Un déficit de dopamine est retrouvé dans la maladie de Parkinson tandis qu’un excès de dopamine est responsable de psychoses.

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