Biochimie Structurale: Séance de Révision PDF

Biochimie structurale Séance de revision 2ème Année Pharmacie UNIVERSITE FACULTÉ DE CADIAYYAD MÉDECINE ET DE PAHRMACIE-...

Biochimie structurale Séance de revision 2ème Année Pharmacie UNIVERSITE FACULTÉ DE CADIAYYAD MÉDECINE ET DE PAHRMACIE- MARRALECH Les GLUCIDES ( Pr CHELLAK Module chimie – Biochimie Cours de biochimie structurale 1ère Année de médecine 2  OBJECTIFS S’initier à la structure moléculaire des oses et osides , leur rôle et leurs propriétés physicochimiques : 1- Savoir définir les glucides. 2- Savoir donner la classification des glucides. 3- Déterminer les règles de nomenclature des oses et les différentes isoméries applicables aux oses selon la filiation de Fisher. 4- Donner les différentes formes structurales sous lesquelles se présentent les oses dans un milieu acqueux en fonction du pH. 5- Citer des exemples d’oses, des exemples de leur dérivés, des exemples de leur fonction, 6- Citer leur propriétés physiques et chimiques (Savoir déterminer le pouvoir rotatoire) 7- Donner des exemples de diholosides et citer leur fonction 8- Citer les principaux polyholosides, et hétérosides, donner leur caractéristiques structurales et leur fonction. 9- Citer leur rôle biologique en tant que biomolécules, 3 Objectif 1 : Définition des glucides - Biomolécules (les plus abondantes sur terre) - Formule brute Cn(H2O)n - Présence d’une fonction aldéhyde ou une fonction cétone avec n-1 fonction alcool pour une molécule de nC - Le plus simple de ces biomolécules est dit ose : aldose (fn aldéhyde) , cétose (Fn cétone) - Molécules très hydrophiles - Pouvoir réducteur (lié à la fonction aldéhyde/cétone lorsqu’elle est libre) - Certaines molécules ont un goût sucré Objectif 1 : Définition des glucides Chaque ose à n atomes de carbone contient : 1 groupement carbonyl (n-1) groupements hydroxyl (OH) Groupement carbonyl en position 1 de la chaîne carbonée : aldose Groupement carbonyl en position 2 de la chaîne carbonée : cétose Le carbone portant le groupement carbonyl a toujours le numéro le plus petit (N°1 pour les aldoses, N°2 our les cétoses) En fonction du nombre de carbone, on parle d’aldotriose, cétotriose (3C), aldotétrose, cétotetrose (4C), Aldopentose, cétopentose (5C)… 5 Objectif 2 : Classification CLASSIFICATION OSES OSIDES Monosaccharides : oses simples HOLOSIDES HETEROSIDES  2 oses Oses + aglycone Disaccharides GAGs oligosaccharides Peptidoglycanes polysaccharides Glycoprotéines glycolipides Objectif 2 : Classification Objectif 3 : Règles de nomenclature selon Fischer et isoméries applicables aux oses selon la filiation de Fischer Forme linéaire : Représentation selon la projection de Fischer Énantiomérie Filiation des oses selon Fischer Epimérie Objectif 3 : Règles de nomenclature selon Fischer et isoméries applicables aux oses selon la filiation de Fischer Forme linéaire : Représentation selon la projection de Fischer Fisher Le plus simple des oses : (aldotriose) , porteur d’un carbone asymétrique (C*) en C2. Deux formes possibles : l’une étant l’image de l’autre dans un miroir : deux isomères optiques : dextrogyre (+), lévogyre (-). Structure du Glycéraldéhyde 9 Objectif 3 : Règles de nomenclature selon Fischer et isoméries applicables aux oses selon la filiation de fischer Enantiomérie : isomérie optique Nombre d’isomères optiques pour nC* : 2n Ainsi pour chaque C supplémentaire ajouté, il existe2 configurations possibles donc 2 stréoisomères différents Aldotriose Aldotétrose Aldopentose Aldohexoxse 1C* 2C* 3C* 4C* → 21 = 2 isomères → 22 = 4 isomères → 23 = 8 isomères → 24 = 16 isomères (L ou D glycéraldéhyde) (2 isomères L ou 2 isomères D) (4 isomères L ou 4 isomères D) (8 isomères L ou 8 isomères D) Pour un Aldoseà nC les nombre de stéréoisomères = 2n-2 Cétotétrose Cétopentose Cétohexoxse 1C* 2C* 3C* → 21 = 2 isomères → 22 = 8 isomères → 23 = 8 isomères (1 isomère L ou 1 isomère D) (2 isomères L ou 2 isomères D) (4 isomères L ou 4 isomères D) Pour un Cétose à nC les nombre de stéréoisomères = 2n-3 Objectif 3 : Règles de nomenclature selon Fischer et isoméries applicables aux oses selon la filiation de fischer Filiation des oses selon Fischer (série des aldoses) Filiation des aldoses selon Fischer (série D) Le C2 de l’aldotriose (Glycéraldéhyde) comprend un C* donc optiquement actif. La filiation des Aldoses de la série D comprend 2 Aldotétroses, 4 Aldopentoses et 8 Aldohexoses. D-Lyxose D-Xylose D-Talose D-Idose D-Gulose D-AItrose D-Allose 11 Objectif 3 : Règles de nomenclature selon Fischer et isoméries applicables aux oses selon la filiation de Fischer Filiation des oses selon Fischer (série des cétoses) Dihydroxyacéto ne Le C2 du cétotriose (dihydroxyacétone) est optiquement inactif (pas de carbone asymétrique). Le D Erythrulose est le seul D-cétotétrose : la filiation des cétoses de la D Erythrulose série D comprend 2 cétopentoses et 4 cétohexoses. D Xylulose D Ribulose D Fructose Filiation des cétoses selon Fischer (série D) 12 Objectif 3 : Règles de nomenclature selon Fischer et isoméries applicables aux oses selon la filiation de fischer Epimérie Si les molécules ne diffèrent que par la configuration absolue d’1 C*, ce sont des épimères. - Le galactose est épimère en 4 du glucose. - Le mannose est épimère en 2 du glucose. 13 Objectif 4 : Les différentes formes structurales des oses dans un milieu aqueux. Nombre d’atomes de C  5 : cyclisation en milieu acqueux : pH neutre : prédominance des formes cycliques (Aldoses à 6 C : pyranose et furanose) pH basique : prédominance des formes linéaires ❑ En solution, le glucose existe sous cinq formes : Linéaire -D-glucopyranose et β-D-glucopyranose -D-glucofuranose et β-D-glucofuranose ❑ L’interconversion des formes cycliques  et βpasse par la forme linéaire ❑ A pH neutre (7), les formes cycliques représentent 99% : 1/3 de forme  et 2/3 de forme β ❑ A pH basique (>7), la forme linéaire représente 99%. Objectif Objectif44::Classification Les différenteset règles formesde nomenclature structurales desselon oses Fischer dans un milieu aqueux. Anomérie : représentation de Haworth Pour un sucre de série D d’après les règles de l’anomérie : si le OH se situe sous le plan du cycle, le C1 est d’anomérie  et si le OH se situe au dessus du plan du cycle, le C1 est d’anomérie β. Transformation d’un anomère en l’autre par ouverture du cycle : mutarotation 6 CH 2 OH 6 C H 2 OH O O OH 4 5 Mutarotation 4 5 Trans Cis 2 1 OH   2 1 3 3 -D- Glucopyranoside -D-glucopyranoside 14 Objectif 4 : Les différentes formes structurales des oses dans un milieu aqueux. Le cycle est considéré comme plan, perpendiculaire au papier. Le pont oxydique est en arrière du plan. Les carbones sont placés dans le sens des aiguilles d’une montre. Les liaisons n’appartenant pas au cycle sont placés au-dessus ou au-dessous du plan en respectant la configuration absolue des C*. 1 CHOH 1 CHOH 2 2 Les OH sont symbolisés par un trait et les H ne sont pas 3 3 montrés. 4 4 Les OH en dessous du plan sont situés à droite dans la 5 C2HOH 5 structure linéaire et ceux en dessus du plan sont situés à 6 C2HOH gauche dans la structure ouverte. D Ribose D Glucose 16 Objectif 4 : Les différentes formes structurales des oses dans un milieu aqueux. 1 CHOH Un cycle à 5 côtés, formé à partir du D ribose va s’effectuer 2 entre le carbone N°1 et le carbone N° 4 puisque c’est un 3 pentose (5C). 4 Le OH en position 2 se trouvant à droite dans la structure 5 C2HOH linéaire va se trouver en bas dans la structure cyclique. Il en est de même pour le OH en position 3. D Ribose Un cycle à 6 côtés, formé à partir du D glucose va s’effectuer 1CHOH entre le carbone N°1 et le carbone N° 5 , il s’agit d’un hexose (6C). 2 Le OH en position 2 se trouvant à droite dans la structure 3 linéaire va se trouver en bas dans la structure cyclique. Il en est de 4 même pour le OH en position 4. Par contre le OH en position 3 qui 5 se trouve à gauche dans la structure linéaire va se trouver en haut 6 C2HOH dans la structure hexacyclique D Glucose 17 Objectif 5 : Exemples d’oses et leurs dérivés et leurs fonctions Ose Exemple Fonction Aldopentose D Ribose ARN-Nucléotides-Coenzymes D Glucose Carburant de la cellule Aldohexoses D Galactose Constituant du SN (myéline) Cétohexoses D Fructose Sucre du miel et de fruit Acide glucuronique Détoxification/glucurocojugaison hépatique Dérivés d’ose 2 Désoxyribose ADN Acide L-ascorbique Antioxydant (Vitamine C) 19 Objectif 6 : Propriétés physiques et chimiques P Physiques Caractéristique P Chimiques Caractéristique Solubilité Solubles eau /alcool Pouvoir réducteur Saveur Sucrée mais ne Oxydation s’applique pas à tous les oses Pouvoir rotatoire Déviation de la Réduction du carbonyl lumière polarisée Interconversion Epimérisation Estérification Appartenance à la série D ou L ( configuration du OH du C* le plus éloigné de la fonction aldéhyde ou cétone) ne préjuge pas du pouvoir rotatoire des oses. 20 Objectif 6 : Propriétés physiques et chimiques Citez le nom des principales réactions chimiques des oses 1 – Réaction à la liqueur de Fehling (pouvoir réducteur du carbonyl) 2 – Réaction d’oxydation par des enzymes (Glucose) 3 - Réduction en polyalcools 4 – Interconversion (Aldose/cétose) 5 – Epimérisation (Glc/Gal, Glc/Man) 6 – Estérification (esters de phosphates) 7 – Formation de dérivés amines (glucosamine, galctosamines) 8 - Formation de dérivés acides (ac uroniques, sialique..) Objectif 6 : Propriétés physiques et chimiques Exercice : Pouvoir rotatoire Les valeurs du pouvoir rotatoire des anomères  et β du D galactose sont respectivement 150,7° et 52,8°. 1) Quel est le pouvoir rotatoire spécifique initial d’un mélange dans l’eau constitué de 20% d’ D galactose et de 80% de β D galactose ? 2) Après plusieurs heures, le pouvoir rotatoire spécifique du mélange précédent a atteint une valeur à l’équilibre de 80,2°. Quelle est sa nouvelle composition anomérique ? Objectif 6 : Propriétés physiques et chimiques Exercice : Pouvoir rotatoire Corrigé Les valeurs du pouvoir rotatoire des anomères  et β du D galactose sont respectivement 150,7° et 52,8°. 1) Quel est le pouvoir rotatoire spécifique initial d’un mélange dans l’eau constitué de 20% d’ D galactose et de 80% de β D galactose ? Pouvoir rotatoire initial = 150,7 x 20/100 + 52,8 x 80/100 = + 72,38° 2) Après plusieurs heures, le pouvoir rotatoire spécifique du mélange précédent a atteint une valeur à l’équilibre de 80,2°. Quelle est sa nouvelle composition anomérique ? La nouvelle composition anomérique est de : Soit A la composition de  D galactose et B celle du β du D galactose , A x 150,7 + B x 52,8 = 80,2 100 → → A = 0,28 soit 28 % et B = 0,72 soit 72 % Sachant que A+ B = 1 → B = 1 – A Objectif 7 : Exemples de diholosides Donner la nomenclature de chacun des oses ci-dessous en précisant leur nom dans la liste et le type de liaison entre les deux oses : osido-ose ou osido-oside Déterminer le(s)quel(s) a (ont) un pouvoir réducteur 3) Maltose :  D-glucopyranosyl (1→ 4) D glucopyranose → Osido-ose 1) lactose : β D-galactopyranosyl (1→ 4) D glucopyranose → Osido-ose 2) Saccharose :  D-glucopyranoside (1→ 2) β D fructofuranosyl → Osido-oside  D- glcp D- glcp  D- fruf  D- glcp  D- galcp D- glcp 1 3 23 2 Objectif 8: Principaux polyholosides – hétérosides : caractéristiques structurales et fonctions Polyholosides/ Caractéristiques structurales Fonctions hétérosides Cellulose Struct linéaire : homopoysaccharide DGlp liés par liaison O- Rôle structural (paroi des cellules végétales) glycosidique β D(1→4) Amylose Struct linéaire homopoysaccharide DGlp liés par liaison O-glycosidique Constituant à côté de l’amylopectine de l’amidon de différents végétaux  D(1→4) (blé, mais orge…) Origine végétale Amylopectine Struct ramifiée : même struct que l’amylose avec de temps en Constitutant de l’amidon de différents végétaux (blé, mais orge…) temps une liaison  D(1→6) qui entraine une ramification de la Origine végétale molécule Glycogène Struct ramifiée semblable à celle de l’amylopectine avec plus de Stockage du glucose au niveau du foie et du muscle chez les ramifications et un poids moléculaire plus important animaux Amidon Amylose +Amylopectine (struct linéaire+ struct ramifiée) Sucre des céréales et féculents : blé, mais, orge, avoine, pomme de terre…Origine végétale Acide hyaluronique GAGs de structure, polymérisation de l’acide Structure des tissus conjonctifs et liq synovial -Défense contre les glucuronique et le N-acétylglucosamine agents pathogènes,TTT de la gonarthrose, esthétique.. Chondroïtines GAGs de structure, polymérisation de l’acide Constitution cartilage de l’os et fixation du Ca, TTT arthrose du glucuronique et le N- acétylgalactosamine genou Héparines GAGs sécrétion : combinaison de l’ac glucuronique et de la D- Propriétés anticoagulantes (molécules sécrétées par les glucosamine- Nsulfate associés à une protéine. mastocytes) Glycoprotéines Glucides (oses ou dérivés) +protéines Protection des protéines, spécificités des groupes sanguins Objectif 9 : Rôles biologiques Energétique Structural Métabolique Fonctionnel Constituants des molécules - Détoxification : -Reconnaissance cellulaire Réserve énergétique dans fondamentales : Acide glucuronique (récepteurs) : Glycoprotéines le foie et le muscle (glycogène). -Déterminants antigéniques - Paroi des cellules végétale - Acides nucléiques : Groupes sanguins : (cellulose) Ribose et désoxyribose Glucose : principal Glycolipides carburant des tissus, seul -Exosquelette des insectes carburant du fœtus, (chitine) cerveau et GR. - Cartilages et tendons : (GAGs) - Muréine de la Paroi bactérienne (peptidoglycanes) UNIVERSITE CADI AYYAD FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE - MARRAKECH LES LIPIDES ÉTUDE STRUCTURALE Pr S. CHELLAK Cours 1ère Année Module Chimie –Biochimie  OBJECTIFS 1) Savoir définir les biomolécules lipidiques. 2) Citer les différentes classes des lipides et leur points en commun. 3) Définir les lipides hydrolysables et les lipides non hydrolysables et les nommer. 4) Reconnaître la structure des acides gras saturés et insaturés. 5) Citer les noms des acides gras essentiels. 6) Enumérer les facteurs qui jouent sur la micellisation et l’état de phase des acides gras. 7) Reconnaître une structure moléculaire des différentes classes des lipides citées dans la classification. 8) Donner des exemples parmi les lipides qui jouent le rôle de second messager, d’hormone ou de signal. 9) Enumérer les différents rôles biologiques des lipides. Objectif 1: Définition des lipides - Lipides sont des biomolécules : - peu solubles ou insolubles dans l’eau et - solubles dans les solvants organiques. - Présence dans la molécule d’au moins un acide gras ou une chaîne grasse Objectif 2/3 : les classes des lipides et leur points en commun, les lipides hydrolysables et non Esters/Amides d’acides gras et différents alcools : Glycérol (Triglycérides, phospholipides = Glycérolipides), sphingosine (sphingolipides, glycolipides), cholestérol (stérides) Objectif 4: Reconnaitre la structure d’un acide gras saturé et d’un acide gras insaturé Acide gras naturels saturés et insaturés : nombre d’atomes de C pair Ac gras saturé : Formule brute CnH2nO2 Ac gras insaturés : Conformation cis (en majorité) Formule brute Cn H2n-xO2 (x = nombre de double liaison x2) Exercice Ecrire la formule brute de chacun des acides gras ci-dessous (1à 4). Ecrire la formule qui précise le nombre d’atome de carbone et le nombre de double liaison et leur position selon la nomenclature Δ et  1 3 2 4 Objectif 4: Reconnaitre la structure d’un acide gras saturé et d’un acide gras insaturé Acide gras naturels saturés et insaturés : nombre d’atomes de C pair Ac gras saturé : Formule brute CnH2nO2 Ac gras insaturés : Conformation cis (en majorité) Formule brute Cn H2n-xO2 (x = nombre de double liaison x2) Exercice Ecrire la formule brute de chacun des acides gras ci-dessous (1à 4). Ecrire la formule qui précise le nombre d’atome de carbone et le nombre de double liaison et leur position selon la nomenclature Δ et  1 3 Formule brute : C18H34O2 Formule brute : C18H32O2 2 4 Formule brute : C18H30O2 Formule brute : C18H30O2 1 C18 : 1 Δ 9 ou C18 : 1  9 3 C18 : 2 Δ 9,12 ou C18 : 2  6,9 2 C18 : 3 Δ 9,12,15 ou C18 : 3 3,6,9 4 C18 : 3 Δ 9,11,13 ou C18 : 2  5,7,9 Objectif 5: Acides gras Essentiels Acide Linoléique Famille des  6 Acide arachidonique : Famille des  6 (sous condition d’absence d’acide linoléique de l’alimentation) Acide Alpha Linolénique : Famille des  3 Objectif 6: Facteurs influençant la micellisation et l’état de phase Anti Micellisation Etat de phase Conditionnée par T de fusion dépend de : La longueur de la chaîne hydrophobe La longueur de la chaîne carbonée La concentration de l’acide gras en milieu La présence de doubles liaisons Gauche acqeux : T°C basse : position anti (gel) T°C T°C élevée : position gauche (fluide) Faites attribuer la T°C de fusion la plus probable à chaque acide gras ci- dessous : [ ac gras] < cmc [ac gras ] > cmc forme monomère Forme micelles C16 : 0 - 45°C C18 : 0 + 62°C C20 : 4 - 23°C C16 : 1 + 70°c C18 : 2 + 4°C Objectif 7: Reconnaître la structure des différentes classes Classe Structure Eicosanoïdes Dérivés d’acide arachidonique : structure à 20 C Glycérides Esters d’1/2/3 acides gras + glycérol : Mono, Di ou Triglycérides Phospholipides Esters de glycérol et 2 acides gras + 1 ac phosphorique = acide phosphatidique et Acide phosphatidique +(sérine/éthanolamine/choline/ inositol) Sphingolipides Céramide = Amide d’Acide gras + sphingosine Sphingomyéline = Céramide + phosphorylcholine (ester d’acide phosphorique et de choline) Glycolipides Cérébrosides = Céramide + Galactose / Glucose Gangliosides = Céramide + Oligoside Isoprénoïdes Diterpènes : Vitamine K et vitamine E = paradiphénol + 4 isoprènes Triterpènes : Stérol et stéroïdes (Noyau gonane: 4 cycles; 3 hexa + 1 penta) ex Cholestérol, Vitamine D2/D3, Hormones (Oestrogènes, progestatifs, androgènes, glucocorticoïdes, minéralocorticoïdes), Acides biliaires Tétraterpènes : Caroténoïdes et dérivés (vitamine A) = (40 ou 15 C) Objectif 7: Reconnaître la structure des différentes classes Déterminez à quelle classe appartiennent les différentes structures ci-dessous 5 ………………………… 3 …………………… 1 ………………………… 6 ………………………… 2 …………………………… 4 ………………………… O O H2C O C C O CH C O C H2 O Objectif 7: Reconnaître la structure des différentes classes Déterminez à quelle classe appartiennent les différentes structures ci-dessous 11 ………………………. 7 ………………………. 9 ………………………. 12 ………………………. 8 ………………………. 10 ………………………. O H2C O C CHOH CH2OH Objectif 7: Reconnaître la structure des différentes classes Déterminez à quelle classe appartiennent les différentes structures ci-dessous 13 ………………………. 15 ………………………. 17 ………………………. O H2C O C CHOH C O C H2 O 16 …………………… 14 ………………………. …. 18 ……………………….  Objectif 7: Reconnaître la structure des différentes classes Déterminez à quelle classe appartiennent les différentes structures ci-dessous Corrigé N° structure Classe N° structure Classe 1 Sphingolipides 10 Glycérides (Monoacylglycérol) 2 Phospholipides 11 Isoprénoïdes 3 Isoprénoïdes (Stéroïde) 12 Phospholipides 4 Glycérides (Triglycérides) 13 Phospholipides 5 Isoprénoïdes 14 Eicosanoïdes 6 Isoprénoïdes 15 Glycérides (Diacylglycérol) 7 Glycolipides (Cerébroside) 16 Isoprénoïdes (Stéroïde) 8 Eicosanoïdes 17 Sphingolipides 9 Isoprénoïdes (Stéroïde) 18 Phospholipides Objectif 8 : Lipides rôle de second messager , signal, Hormone Compléter par les autres exemples de molécules que l’on a vu en les plaçant dans la bonne catégorie Second messager Signal Hormone - Vitamine D - DAG - Oestrogènes - Acide phosphatidique Vitamine A - Progestatifs - Céramide Eicosanoïdes -Glucocorticoïdes - IP3 - Minéralocorticoïdes - Androgènes Objectif 9: Rôles biologiques des lipides L I P IDE S Rôle biologique (voir cours pour les détails) L comme Lipos Gras Isolation Isolation thermique, mécanique (au tour des organes et au niveau tissus sous cutanés et électrique (potentiel électrique membranaire) Précurseurs Transformés en d’autres molécules d’intérêt biologique (signal, médiateurs, hormones,, seconds messagers, vitamines..) Ils Donnent de l’Energie Production d’énergie dans les cellules (reserve energétique, stockés dans les adipocytes: 1g produit 9 Kcal) Structure Composants de la membrane cellulaire (phospholipides,cholestérol, glycolipides)  ROYAUME DU MAROC FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE - MARRAKECH UNIVERSITE CADI AYYAD Acides aminés Cours de 1ère année de médecine Pr S. CHELLAK  OBJECTIFS 1) Définir un acide aminé. 2) Énumérer les 20 acides aminés codés génétiquement et leur classes. 3) Citer les propriétés physico-chimiques des aa. 4) Établir l’équation d’Henderson Hasselbalch pour les deux fonctions acide et base d’un acide aminé. 5) Citer les rôles biologiques des acides aminés. Objectif 1 : Définition d’un acide alpha aminé - Acide 2 aminocarboxylique - Les acides aminés ont tous (à l’exception de la glycine) un carbone asymétrique en C2 : quatre substituants différents une fonction acide (groupement carboxyle) une fonction amine primaire (sauf la proline) COOH un atome d’hydrogène H2N C H une chaîne latérale ou Radical R variable d’un aa à l’autre. R = H, radical acyclique, cyclique ou hétérocyclique avec ± R d’autres fonctions alcool, thiol, phénol, et même un second groupement carboxylique ou azoté. Objectif 2 : Enumérer les 20 aa protéinogènes et leur classe CLASSE Acide Aminé Désignation Lettre de CLASSE Acide Aminé Désignation Lettre de abrégée désignation abrégée désignation Glycine** Gly G Sérine** Ser S Alanine Ala A Thréonine** Thr* T AA AA ALIPHATIQUES Valine (R) Val* V Asparagine** Asn N NEUTRES Leucine (R) Leu* L Glutamine** Gln Q Isoleucine (R) Ile* I Aspartate** Asp D AA ACIDES Cystéine** Cys C Glutamate** Glu E AA SOUFRES Méthionine Met* M Arginine** Arg R AA BASIQUES Phenylalanine Phe* F Lysine** Lys* K Tryptophane Try* W IMINE Proline Pro P AA Tyrosine** Tyr Y AROMATIQUES Histidine** His H * : a.aminé essentiel : au nombre de 8 (Leu,Thr,Lys,Try,Phe,Val,Met,ILe : Le Très Lyrique Tristan Fait Vachement Méditer Iseus) ** : a.aminé polaire : au nombre de 12 (aa acides, basiques,neutres, Cys, Gly, His,Tyr) (R) : a.aminé ramifié : au nopmbre de 3 (Val, Leu, Ile)  CLASSE I : aa aliphatiques (AAA) AA/Symbole Polarité Caractéristique Fonction Glycine Gly, G) +/-polaire Le plus petit aa Flexibilité au niveau des Pas de C*, R=H protéines (structure coude) Alanine (Ala, A) apolaire R= -CH3 Valine (Val, V) apolaire Aa ramifié- Forment des liaisons indispensable hydrophobes structures III et IV des protéines Leucine (Leu, L) apolaire Aa ramifié- indispensable Isoleucine (Ile, I) apolaire Aa ramifié- indispensable  CLASSE II : aa soufrés AA/Symbole Polarité Caractéristique Fonction Cystéine (Cys, C) Polaire non ionisé Groupement Formation de ponts au niveau des thiol protéines – Cyclisation de protéines ou liaison entre des brins de protéines - stabilité des structures III et IV des protéines Méthionine (Met, M) apolaire Grpt thioéther Donneur de méthyl Codon initiateur de la traduction  CLASSE III : aa aromatiques R = cyclique (noyau aromatique) AA Polarité Caractéristique Fonction Phenylalanine apolaire Benzène Liaison Hydrophobe Absorbe dans l’UV AA indispensable Tyrosine Peu polaire R= phénol Précurseur des hormones thyroïdiennes Tryptophane Peu polaire Grpt indol Forme des liaisons hydrophobes AA de PM le plus élevé structures III et IV des protéines Absorbe dans l’UV Le plus rare des aa AA indispensable Histidine Très polaire Grpt imidazol Au niveau de l’Hb : contribue au Peut fixer un H+ maintien de l’equilibre acido-basique AA basique  CLASSE IV : aa neutres Non ionisés AA Polarité Caractéristique Fonction Sérine polaire Fonction Alcool Site de phosphorylation des protéines Site catalytique des enzymes Thréonine polaire Fonction Alcool Site de phosphorylation des protéines 2 C* AA indispensable Asparagine polaire Grpt amide Glutamine polaire Grpt amide Le plus abondant au niveau sanguin  CLASSE V : aa acides 2 pka AA Polarité Caractéristique Fonction Aspartate Très polaire 2 fonctions Réaction de transamination Glutamate Très polaire acides Réaction de transamination Précurseur du GABA  CLASSE VI : aa basiques 2 pkb Ionisés (protonés) à pH physiologique AA Polarité Caractéristique Fonction Lysine Très polaire 2 fonctions Structure de collagène sous forme basiques hydroxylée (5) Arginine Très polaire AA indispensable chez l’enfant  CLASSE VII : Iminoacide :Proline Non protoné à pH physiologique AA Polarité Caractéristique Fonction Proline Faible Faiblement basique Structure de collagène sous forme cyclisation de la fonction hydroxylée (4) amine avec le c (cycle Structure de coude dans les pentagonal) protéines Objectif 2 : Enumérer les 20 aa protéinogènes et leur rôle Acide aminé Rôle Acide aminé Rôle Glycine coude Histidine Tampon sanguin au niveau de l’Hb Alanine Glucoformateur Sérine Site actif d’enzyme, site de phosphorylation Valine Liaison hydrophobe Thréonine site de phosphorylation Leucine AA ramifié Asparagine Isoleucine AA ramifié Glutamine Catabolisme énérgétique entérocyte Cystéine Pont disulfure, stabilisation des structures Aspartate Transamination protéiques Méthionine Transfert de méthyl – codon initiateur Glutamate Transamination Phenylalanine Synthèse des catécholamines Arginine AA essentiel chez le N.né Tryptophane Synthèse de VitB3, amines (sérotonine) Lysine Synthèse de collagène Tyrosine Synthèse des HT Proline Coude, synthèse de collagène Objectif 2 : Enumérer les 20 aa protéinogènes et leur classe Exercice Soit la séquence peptidique N°1 suivante : Met-Val-Gly-GLn-Asn-Gly-Tyr-Cys-Ala-Lys-Thr Déterminez combien elle contient d’aa aromatiques, aliphatiques, acides, soufrés Soit la séquence peptidique N°2 suivante : Ala-Ile-Gly-GLu-His-ser-Leu-Try-Cys-Pro-Phe Déterminez le nombre d’aa essentiels qu’elle contient et leurs classes respectives Déterminez dans les deux séquences : - le nombre d’acides aminés polaires et apolaires et leurs classes : - Le nombre d’aa ramifiés Objectif 2 : Enumérer les 20 aa protéinogènes et leur classe Exercice (corrigé) Soit la séquence peptidique N°1 suivante : Met-Val-Gly-GLn-Asn-Gly-Tyr-Cys-Ala-Lys-Thr Déterminez combien elle contient d’aa aromatiques, aliphatiques, acides, soufrés Réponse : aromatiques : 1 seul (Tyr), Aliphatiques : 4 (1 Val, 2Gly, 1Ala), acides : 0, soufrés : 2 (1Met, 1Cys) Soit la séquence peptidique N°2 suivante : Ala-Ile-Gly-GLu-His-ser-Leu-Try-Cys-Pro-Phe Déterminez le nombre d’aa essentiels qu’elle contient et leurs classes respectives Réponse : aa essentiels : 4 (Ile, Leu : aa aliphatiques, Try,Phe : aa aromatiques) Déterminez dans les deux séquences : - le nombre d’acides aminés polaires et apolaires et leurs classes : - Réponse : Séquence N°1 : 8 aa polaires (2Gly (aliphatiques), Gln,Asn,Thr (neutre), Tyr (aromatique)Cys (soufré), Lys (basique)) - 3 aa apolaires (Met (soufré), Val, Al (aliphatiques)) - Séquence N°2 : 5 aa polaires (1Gly (aliphatique), Glu (Acide) His (basiques), Ser (neutre), Cys (soufré)), - 6 aa apolaires (Ala,Ile,Leu (aliphatiques), Try, Phe (aromatiques), Pro (imine)) - Le nombre d’aa ramifiés - Réponse : Séquence N°1 : 1 aa (Val) - Séquence N°2 : 2 aa (Ile, Leu) Objectif 3 : Propriétés physicochimiques des aa Propriétés physiques Solubilité Absorption de la lumière Eau/Alcool Possibilité de détermination Insolubles solvants de la concentration des Isomérie optique protéines en solution via la organiques loi de Beer Lambert (DO = lc) Tous des Enantiomères (Sauf glycine) car Présence de C asymétrique (C) : max (nm) Dérivés dextrogyre et levogyre Trp 278 Tyr 275 (position du NH3 par rapport au C ) Phe 258 2 AA ont un C assymétrique supplémentaires (Thr et l’Ile) AA naturels sont tous de la série L Objectif 3 : Propriétés physicochimiques des aa Propriétés chimiques Ionisation et charge pH acide pH neutre pH basique COOH H+ COO- H+ COO- NH 3+ C H NH 3+ C H H2N C H R H+ R H+ R cation (A+) Ka zwitterion Kb anion (A-) Objectif 4 : Equation d’Hendersen Hasselbalch [COO-] Forme acide  pH = pKa + log [COOH] [NH2] Forme basique  pH = pKb + log [NH3+] pH = (pKa + pKb)/2 Le pH isoélectrique d’un acide aminé la forme neutre est majoritaire Objectif 5 : Rôles biologiques des aa Synthèse Neuromédiateur Métabolique Précurseur protéique Glu, Asp : Hème Peptides Gluconéogenèse excitateurs Homéostasie azotée Amines biogènes : Protéines Gly, GABA : Equilibre acido-basique sérotonine, dopamine.. Enzymes inhibiteurs Hormones  ROYAUME DU MAROC FACULTE DE MEDECINE ET DE PHARMACIE - MARRAKECH UNIVERSITE CADI AYYAD PEPTIDES ET PROTEINES Pr S. CHELLAK Module Chimie –Biochimie Cours Biochimie structurale 1ère année de médecine  OBJECTIFS 1) Déterminer les caractéristiques d’une liaison peptidique. 2) Savoir citer des exemples de peptides d’intérêt biologique. 3) S’initier à la conformation tridimensionnelle des protéines en reconnaissant : - Les liaisons intervenant dans les structures spatiales des protéines; - Les différentes structures spatiales des protéines et leur comportement en fonction de leur environnement; 4) Citer les caractéristiques structurales de la molécule du collagène. 5) Énumérer Les différentes classifications des protéines 6) Rôle biologique des peptides et protéines. Objectif 1 : Caractéristiques d’un peptide Peptide = Enchaînement/séquence d’acides aminés - Chaque acide aminé est aussi appelé un résidu - 2 résidus = dipeptide, 3 résidus = tripeptide - 4-20 résidus = oligopeptide - 20-100 résidus = polypeptide - au-delà de 100 = protéine  Les peptides : la liaison peptidique Objectif 1 : Caractéristiques d’une liaison peptidique Comme toutes les liaisons acide-amide, la liaison peptidique est stabilisée par mésomérie et est donc plane. La rotation autour de la liaison C-N n’est possible qu’avec un apport d’énergie important, la rotation de la liaison n’est pas libre. La liaison C-N a le caractère d’une double liaison partielle. C  H C N  Rotation impossible O C Structures limites de résonance H C H C  + C…N  Structure mésomère C N  C O C O  Les peptides : la liaison peptidique Objectif 2 : Exemples de peptides Exemple de peptide Rôle ou fonction Aspartam (dipeptide) Edulcorant (Produit de synthèse) TRH (tripeptide : Thyrostimuline Hormone hypothalamique : contrôle la Releasing Hormon) fonction de la glande thyroïde Glutathion (tripeptide) Antioxydant, détoxifiant hépatique Pénicillines, polymyxines, bacitracine.. Antibiotiques  Les peptides : la liaison peptidique Objectif 3 : Conformations spatiales des protéines : Liaisons impliquées Liaison caractéristique Covalente Pont disulfure, stabilise les structures tertiaires et quaternaires Hydrogène Structure secondaire (hélice , feuillets β) Ionique Structure tertiaire (entre les groupement des radicaux R) Indispensable dans certaines hétéroprotéines (nucléoprotéines) Hydrophobe Se fait entre groupements apolaires (structures tertiaires) Objectif 3 : Conformations spatiales des protéines : les différentes structures Structures secondaires Coude Bêta Hélice alpha Feuillet Bêta Structures stabilisées par la présence de nombreuses liaisons hydrogènes entre les groupements C=O et NH du squelette (indépendamment des chaînes latérales).  Les peptides : la liaison peptidique Objectif 3 : Conformations spatiales des protéines : les différentes structures Structures tertiaires (font intervenir des interactions entre les chaînes latérales Et des interactions avec les molécules du milieu) Solvant aqueux : surface Solvant apolaire : surface chaines latérales polaires, au chaines latérales apolaires, au cœur de la molécule : chaines cœur de la molécule : chaines latérales apolaires latérales polaires  Les peptides : la liaison peptidique Objectif 3 : Conformations spatiales des protéines : les différentes structures Structures quaternaires L’hémoglobine : 2 sous unités  et 2 sous unités β Organisation de la molécule en un complexe stable et actif par l’association de plusieurs structures (tertiaires) dites sous unités ou protomères  Les peptides : la liaison peptidique Objectif 4 : Conformations spatiales des protéines : les différentes structures Structure Caractéristique Type de liaison Primaire Séquence d’acides aminés liés les uns aux autres par une liaison Liaison covalente peptidique Secondaire Chaînes latérales pointent à l’extérieur (hélice ), au sommet des Liaison hydrogène en dehors des chaînes arêtes (feuillet β), latérales Changement de direction de 180° (coude β) Tertiaire Polarité des AA : rôle prépondérant Liaison hydrogène, ionique et hydrophobe Importance capitale dans l’activité biologique impliquant les chaînes latérales en Rapprochement parfois de certains aa (exemple : site catalytique d’une interaction avec les molécules du milieu enzyme) Structure non figée : peut être modifiée sous l’effet de fixation d’un ligand ou changement de pH ou T°C Quaternaire Association de structures protomères ou sous unités → complexe Liaisons faibles parfois ponts disulfures stable et actif  Les peptides : la liaison peptidique Objectif 4 : Caractéristiques de la structure moléculaire du collagène Structure primaire Structure secondaire Structure tridimensionnelle Séquence de  1000 Hélice gauche (Pro et OH- Tropocollagène : triple hélice résidus Pro) droite Triplets répétitifs Triplet (3,3 résidus) dans Microfibrille : 3 tropocollagènes Glycine même position chaque spire (glycine au : cylindre de 280nm, 1,4 nm Absence de cystéine niveau du coude) sans de , et PM : 300 Kda Riche en AA modifiés 4 liaison hydrogène Fibrille : plusieurs microfibrilles OH-Pro et 5 OH-lys Fibres : plusieurs fibrilles Séquence d’aa tropocollagène Différents types de collagène : triple chaîne dont au moins deux Fibre de collagène identiques dans tous les collgènes  Les protéines: structure 3D : structure tertiaire Objectif 5 : Classifications des protéines Structure Activité biologique Composition Prot fibreuses Prot globulaires Catalyse : enzymes Phosphoprotéines : caseine Scléroprotéines Sphéroprotéines Défense : Immunoglobulines Lipoprotéines : HDL, LDL cholestérol Régulation : Hormones Glycoprotéines : Immunoglobulines Insolubles Solubles Transport : Hémoglobine, Chromoprotéines : Hémoglobine Chaînes Très flexibles Albumine Nucléoprotéines : Histones parallèles Cavité interne Très solides Activité Rôle structural biologique Ex : Kératine Ex : Collagène Albumine Fibroïne globulines ObjectifLes 6 :protéines Rôle biologique des protéines : rôles biologiques Protection : défense 1. Structure, support mécanique Régulation 2. Régulation du métabolisme MOuvement 3. MOuvement Transport 4.Transport de molécules/Membranaire Énergie 5. Défense de l'organisme (Ig) Influx Nerveux 6. Vision (rhodopsine) Enzymes 7. Métabolisme (Enzymes) Structure 8. Production de l’Énergie Compléter en donnant des exemples de protéines pour chaque rôle biologique