Structures des Acides Aminés

Structure des Acides Aminés

Introduction

• Les acides aminés (AA) sont des unités monomériques pour diverses biosynthèses dans l'organisme
• Ils ont divers rôles (fonction structurale, hormonale, catalytique, transmission nerveuse, régulation de la croissance cellulaire, etc.)
• Les AA protéinogènes (21 AA) sont incorporés dans les peptides et protéines
• Les AA impliqués dans des voies métaboliques (ornithine, citrulline, méthyl-histidine, homocystéine, homosérine, etc.)

Structure de Base

• Les acides aminés ont une structure de base commune avec un groupement carboxylique et un groupement amine liés au même carbone α
• La plus fréquemment rencontrée est la forme ionisée
• Selon le pH, la forme majeure change (forme cationique à pH 1, forme zwitterionique à pH 7 et forme anionique à pH 11)

Classification

• Dépendant de la nature du radical R
• Acides aminés neutres (AA aliphatiques et hydroxylés): radical R ni fonction amine ni fonction carboxyle
• Acides aminés acides (ASP, GLU): radical R portant une fonction carboxyle
• Acides aminés basiques (Lys, Arg, His): radical R portant une fonction amine

Acides Aminés Neutres

• Glycine (Gly ou G): radical hydrogène, AA non essentiel
• Alanine (Ala ou A): radical méthyle, AA non essentiel
• Valine (Val ou V): radical isopropyle, AA essentiel
• Leucine (Leu ou L): radical isobutyle, AA essentiel
• Isoleucine (Ile ou I): radical isobutyle ramifié, AA essentiel
• Sérine (Ser ou S): radical alcool primaire, site de phosphorylation
• Thréonine (Thr ou T): radical alcool secondaire, AA essentiel
• Cystéine (Cys ou C): radical thiol, AA non essentiel, forme des ponts disulfures
• Méthionine (Met ou M): radical thioéther, AA essentiel, précurseur métabolique de la S-adénosyl méthionine
• Phénylalanine (Phe ou F): radical noyau benzénique, AA essentiel
• Tyrosine (Tyr ou Y): radical noyau benzénique hydroxylé, AA non essentiel
• Tryptophane (Trp ou W): radical noyau indole, AA essentiel
• Proline (Pro ou P): noyau pyrrolidine, AA essentiel

Acides Aminés Acides

• Aspartate (Asp ou D): radical 1 chaînon carboné et 1 carboxyle, AA non essentiel
• Glutamate (Glu ou E): radical 2 chaînons carbonés et 1 carboxyle, AA non essentiel
• Asparagine (Asn ou N): dérivé de l'ASP, AA non essentiel
• Glutamine (Gln ou Q): dérivé de la GLU, AA non essentiel

Acides Aminés Basiques

• Lysine (Lys ou K): radical formé de 4 chaînons carbonés et une fonction amine, AA essentiel
• Arginine (Arg ou R): radical formé de groupement amidine, AA essentiel
• Histidine (His ou H): radical formé d'1 chaînon carboné et d'un noyau imidazole, AA essentiel

Propriétés Physiques des Acides Aminés

• Configuration: AA de la série L et D (stéréoisomérie)
• Pouvoir rotatoire: propriété optique de déviation de la lumière polarisée
• Solubilité dans l'eau: très variable mais la plupart étant solubles dans l'eau
• Propriété spectrale d'absorption dans l'UV: absorption pour les AA aromatiques, avec un pic à 280nm pour le TRP
• Fluorescence: émission d'une fluorescence à 348nm après soumission à un rayonnement à 278nm uniquement pour le TRP
• Ionisation fonction du milieu: chaque AA ayant un pH pour lequel charge positive égale charge négative (pH isoélectrique ou pI)
• Amphotérie: présence concomitante d'une fonction acide et amine (basique) dans un AA### Acides aminés polaires ionisables
• Chargés négativement à pH neutre : acide aspartique, acide glutamique
• Chargés positivement à pH neutre : lysine, arginine, histidine

Propriétés physiques

• Selon la polarité :
  • Apolaires : alanine, valine, leucine, isoleucine, méthionine, phénylalanine, tryptophane, proline
• Le groupement R est à l'origine de la propriété de chaque acide aminé
  • Acides aminés basiques : stabilisation des conformations spécifiques des protéines
  • Acides aminés chargés négativement : rôle de relais de charge transportant les charges à travers de grandes distances
  • Groupement alcool de la sérine et thioalcool de la cystéine : nucléophile

Propriétés chimiques

• Formation d'amide :
  • Par liaison entre –COOH d'un acide aminé avec le groupement aminé d'un autre acide aminé
  • Liaison peptidique liant les acides aminés entre eux, très stable (hydrolyse nécessitant HCl 6N, 110°C, 24h)
• Décarboxylation :
  • Formation d'amines après décarboxylation, dont certaines ont un rôle biologique important
  • Exemples : histidine/histamine, tryptophane/tryptamine - sérotonine, tyrosine/tyramine - noradrenaline - adrénaline, acide glutamique/acide amino-butyrique, acide aspartique/β-alanine

Rôles biologiques

• Rôle de l'histamine :
  • Phénomènes allergiques
  • Vasodilatation artérielle
  • Contraction des muscles lisses
  • Sécrétion du suc gastrique
  • Neurotransmetteur
• Rôle de la sérotonine :
  • Vasoconstricteur
  • Neurotransmetteur
• Rôle de la noradrenaline :
  • Médiateur chimique du système nerveux sympathique
  • Neurotransmetteur
• Rôle de l'adrénaline :
  • Hormone de la médullo-surrénale
  • Vasoconstricteur
  • Neurotransmetteur
• Rôle de l'acide amino-butyrique :
  • Rôle dans le sommeil
• Rôle du β-alanine :
  • Rôle dans la constitution du coenzyme A et de plusieurs peptides

Autres propriétés chimiques

• Estérification par une fonction alcool :
  • Protection de la fonction carboxylique lors de la synthèse des peptides
• Formation de chlorure d'acides en présence de pentachlorure de phosphore :
  • Formation d'alcool par réduction de la fonction carboxylique
• Désamination :
  • Formation d'un acide α-cétonique
• Addition de carbonyle à la fonction amine :
  • Réactions réversibles de la fonction amine avec les aldéhydes pour former la base de Schiff
• Réaction d'arylation de la fonction amine :
  • Réaction ayant permis à Sanger d'étudier la structure primaire des peptides et protéines
• Acylation de la fonction amine :
  • Réaction avec le chlorure de dansyle, stable et fluorescent, ayant permis de mieux étudier la structure primaire
• Carbamylation de la fonction amine :
  • Réaction avec le phénylisothiocyanate à un pH à 9, donnant des composés absorbant dans l'ultraviolet, facilement séparable par chromatographie
  • Libération d'un acide aminé et reste du peptide amputé de son acide aminé N-terminal### PROPRIÉTÉS CHIMIQUES DES ACIDES AMINÉS
• Réaction de diazotation avec l'oxyde nitreux
• Réactions de transamination :
  • Transfert direct d'une fonction amine sur un acide cétonique
  • Intervention des transaminases ou amino-transférases

RÔLES BIOLOGIQUES DES ACIDES AMINÉS

• Rôle structural :
  • Structure de base des protéines et peptides
  • Création de ponts inter-chaînes et intra-chaînes par le groupement thiol de la cystéine
• Acides aminés essentiels (8) :
  • Ne peuvent pas être synthétisés par l'organisme
  • Apport obligatoire par l'alimentation
  • Si absence, apparition de troubles graves pouvant être létaux
• Seuls une vingtaine d'acides aminés entrent dans la formation des protéines (acides aminés protéinogènes)
• Les autres : acides aminés non protéinogènes

ROLES BIOLOGIQUES DES ACIDES AMINÉS

• Rôle de tampon du pH sanguin :
  • Empêche les variations du pH sanguin (7,35 – 7,42)
  • Capture des ions H+ si acidification du milieu
  • Capture des ions OH-/ libération de l'ion H+ de la fonction COOH si alcalinisation du milieu
• Rôle énergétique
• Rôle métabolique (précurseur de molécules d'intérêt biologique ou intermédiaires métaboliques)

LES PEPTIDES

• Définition : formés par des acides aminés liés par une liaison peptidique
• Lecture d'un peptide :
  • Extrémité N-terminale : acide aminé porteur d'une amine libre –NH2
  • Extrémité C-terminale : acide aminé porteur d'un carboxyle libre –COOH
  • Lecture d'un peptide à partir de l'extrémité –NH2 (numérotation de gauche à droite)
• Méthodes d'hydrolyse des peptides :
  • Méthodes chimiques (bromure de cyanogène, hydroxylamine, etc.)
  • Méthodes enzymatiques (trypsine, chymotrypsine, etc.)

PROPRIÉTÉS DES PEPTIDES

• Solubilité dans l'eau en fonction de la richesse en acides aminés hydrophiles
• Charge en fonction des charges des groupements ionisables des chaînes latérales des acides aminés
• Propriétés de migration sur un champ électrique
• Absorption dans l'UV si contenant un acide aminé aromatique

LES PRINCIPAUX PEPTIDES

• Glutathion :
  • Séquence en acides aminés très importante
  • Rôle dans le processus d'oxydo-réduction
  • Protection de la vitamine C
  • Protection des sites actifs des enzymes à –SH
• Insuline :
  • Poids moléculaire de 5700
  • Glycopeptide dont la structure comporte 2 chaînes
  • Rôle : hormone hypoglycémiante
• Glucagon :
  • Hormone polypeptidique pancréatique, hyperglycémiante
  • Structure monocaténaire (=1 chaîne), formée de 29 acides aminés
• Hormones hypophysaires :
  • Ocytocine : rôle dans la contraction utérine
  • Vasopressine ou ADH (hormone anti-diurétique) : diminution de l'excrétion d'eau dans les urines
  • Nonapeptides (9 acides aminés), même structure, sauf pour les acides aminés en position 2 et 7
• Autres :
  • ACTH (adreno-cortico-trophin hormone) : stimulation de la sécrétion des corticostéroïdes par le cortex surrénalien
  • Enképhalines : neuropeptides endogènes découverts par Hughes et Kosterlitz en 1975
  • Thyrotropin Releasing Factor : peptide produit par les cellules de l'hypothalamus qui stimule la production de thyroïdienne par l'hypophyse