Cours 1- Part 2 - ACIDES AMINES - PDF

UE5 DOS SANTOS ACIDES AMINES I. Généralités L’hydrolyse des prot ines fournie presque exclusivement des α acides...

UE5 DOS SANTOS ACIDES AMINES I. Généralités L’hydrolyse des prot ines fournie presque exclusivement des α acides amin s. L’ difice mol culaire des prot ines naturelles peut renfermer jusqu’ 20 aa diff rents. En plus d’une fonction acide et d’une fonction amine certaines peuvent poss der des groupements fonctionnels suppl mentaires. II. Nomenclature La nomenclature officielle fait pr c der le nom de l’acide organique pr c d du terme α amino. Ex : acide α amino-propionique = alanine. A l’usage courant on conserve la d nomination ancienne. Pour crire la formule des peptides ou des prot ines, il existe un syst me d’abr viations 3 lettres ou une lettre. III. Configuration et pouvoir rotatoire 1. Pouvoir rotatoire Le pouvoir rotatoire c’est la capacit de faire d vier le plan d'une lumi re polaris e (sur un seul plan). Page 1 sur 17 é é é é é è é é é é é é à é à é à è é é é é é é é  UE5 DOS SANTOS Cette propri t physique est li e l'existence d'un C asym trique. ∗ Exception faite de la glycine tous les a. amin s ont au moins 1 C asym trique. Les aa lib r s par hydrolyse sont les uns dextrogyres, les autres l vogyres. Les nantiom res poss dent une activit optique: 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. ◦ 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 (-) 2. Configuration La configuration de tous les a.a est identique. Tous les acides aminés constitutifs des protéines exception faite de la glycine possèdent un carbone α, le carbone numéro deux asymétrique. Ils ont donc 2 isomères optiques possibles qui correspondent à ces deux structures. Par définition, lorsque la fonction amine est orienté à gauche il s'agit d'un acide aminé de la série L et tout les acides aminés optiquement actif des protéines animales ou végétales appartiennent à cette série L. Par convention les a.a sont tous rattach s la s rie L. Il existe des aa de la s rie D : certains glycopeptides bact riens. La série à laquelle appartient l'acide aminé ne désigne en aucun cas le sens dans lequel une solution de cette acide aminé dévie le plan de polarisation de la lumière, ainsi la L alanine est dextrogyre.. ⇒L’appartenance la s rie L ne pr juge pas du pouvoir rotatoire. IV. Structure et classification 1. Selon la chaîne latérale Les acides aminés différents donc entre eux par la nature de leur chaîne latérale de dimensions, forme, charges différentes et par conséquent des capacités différentes de contractions de liaison hydrogène et de réactivité chimique. Page 2 sur 17 é é é é é é è é é é à è é é à è é é é à é é é é é é é é é é è é é UE5 DOS SANTOS Néanmoins, depuis 2 milliards d’ann es, toutes les prot ines de toutes les esp ces, des bact ries l’homme, sont construites partir du m me groupe de 20 acides amin s. Aliphatiques : Glycine : pas de C asymétrique ; ajoute de la flexibilité aux chaines polypeptidique. Elle peut s’insérer dans les espaces plus étroits ce qui permet notamment d'obtenir les structures compactes dans les triples hélices de collagène Alanine : abondante, polyvalente ; elle est plus rigide que Gly ; présente dans le cœur hydrophobe et la surface hydrophile des protéines Valine : résidus hydrophobe important dans le repliement des protéines et ils tendent à occuper l'intérieur des structure tridimensionnelle des protéines Leucine (idem VAL) Isoleucine : 2 C asymétriques Les chaines latérales aliphatiques plus longues sont hydrophobes et ont tendance à se rassembler entre elles. Ces chaînes latérales sont impliqués dans la stabilisation de structure tridimensionnelle des protéines hydrosolubles. Les dimensions et les formes différentes chaînes latérales aliphatiques leur permettre de former des structures contact avec peu d’interstices. Aliphatique à fonction amine secondaire : Proline : - Chaine latérale liée a l’atome d’hydrogène et au carbone α - Rigide, avec une géométrie différente présente dans les hélices α et les feuillets β en position terminale ainsi que dans les coudes rigides des chaines protéiques reployées Page 3 sur 17 à é ê é é è é à UE5 DOS SANTOS - Abondante dans le collagène sous forme d’hydroxyproline obtenue par modification post traductionnelle Aromatique : Tryptophane : noyau indole lie à un groupement méthylène ; volumineux ; hydrophobe ; présent dans les protéines ; ses résidus sont fluorescents si éclairés à la bonne λ Phénylalanine : noyau phényle présente à l’intérieur des protéines et peut-être convertie en tyrosine par hydroxylation Tyrosine : noyau aromatique phénol et un groupement hydroxyle ; moins hydrophobe que Phe ; mais sa chaîne latérale est plus réactive que Phe ; précurseur de la mélanine, adrénaline et hormones thyroïdiennes ; fluorescence souvent interrompue par des transferts d’énergie Les noyaux aromatiques de ces 3 acides aminés contiennent des nuages électroniques de type phi délocalisés qui peuvent interagir entre eux, rendant possibles les transferts d’électrons. Soufré : Cystéine : hydrophobe groupement sulfhydrile particulièrement réactif ce qui permet la formation de liaisons disulfure qui vont stabiliser la structure tertiaire des protéines (enzymes digestives, kératine, insuline, ribonucléase) Méthionine : hydrophobe ; l’atome de Souffre engagé dans une liaison thioéther ; toujours le premier aa dans les protéines Hydroxylés : Ils sont très hydrophiles, présentes à la surface de protéines (+réactives de Ala et val). Donneur d’hydrogène dans les enzymes. Sérine : version hydroxylée de Ala Page 4 sur 17  UE5 DOS SANTOS Thréonine : version hydroxylée de val à 2C asymétriques Dicarboxyliques et leur amide : Ils sont chargés négativement au pH physiologique. Présents à la surface des protéines d’où la solubilité dans l’eau. En profondeur ils réagissent avec Lys et Arg. Ils sont accepteurs de liaisons hydrogènes. acide aspartique/ asparagine (non chargé) acide glutamique /glutamine (non chargé) Basiques : Lysine : + logue chaine latérale a pH neutre charge positive donc liaisons a des acides nucléiques. Présentes à la surface des protéines et en profondeurs au sein de la protéine on a des interactions avec glutamate et acide aspartique Arginine : idem lysine Histidine : noyau imidazole 2. Classification selon la polarité et la charge à pH neutre Charg es positivement pH neutre (acide amin est qualifi de basique) - Lys, Arg, His -La cha ne lat rale de l’histidine a un pKa=6.0 Charg es n gativement pH neutre ( acide amin est qualifi d'acide) - Asp, Glu Non charg es pH neutre mais polaire - Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, Tyr Non charg es pH neutre mais apolaire (ou hydrophobe) - Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro Page 5 sur 17 î é é é é é é à à à à é é é é  UE5 DOS SANTOS V. Propriétés physico-chimiques des acides aminés 1. Caractère ampholyte Les amino-acides 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 bases. 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+). Etats d’ionisation d’un acide amin en fonction du pH de la solution Le pH o une mol cule poss de une charge globale nulle (autant de charges positives que n gatives) s'appelle le point iso lectrique (pI, pHi). Dans cet tat la mol cule s'appelle un zwitterion. Tous les acides amin s poss dent un point iso lectrique ou pHi. pHi = pH pour lequel l’aa en solution tamponn e a une charge nette nulle (somme des charges intramol culaires = 0). Page 6 sur 17 é ù é é é è é é é è è è é é é à é  UE5 DOS SANTOS L’aa apparait ce PH comme tant neutre (alors qu’il a au moins deux charges intra mol culaires r alisant un zwitt rion). Les deux points d’inflexion correspondent chacun au pH de demie neutralisation de la fonction acide et de la fonction basique soit les deux pK de l’acide amin. 7/20 (R, D, E, H; K, Y ) ont des cha nes lat rales facilement ionisables. Les valeurs typiques des pKa pour les ionisations des chaines lat rales de ces acides amin s sont indiqu es dans le tableau. Au sein d’une prot ine le NH2 terminal (pKa= 8,0) et COOH terminal (pKa=3,1) peuvent tre ionis s. Page 7 sur 17 é é é à é é é é î é é é é ê à  UE5 DOS SANTOS VI. Propriétés chimiques des acides aminés 1. Propriétés de la fonction carboxylique a. Estérification par un alcool En pr sence d’un acide fort cette r action est utilis e pour s parer les aminoacides en phase gazeuse (et m me en phase liquide) en produisant des d riv s esters butyliques. b. Formation d’amides Le carboxyle peut former des amides avec les amines : R –COOH + R NH → R –CO–NHR + H O a b 2 a b 2 Asparagine et glutamine sont deux exemples de d riv s physiologiques form s suivant cette r action. La liaison peptidique est le r sultat de la r action de condensation entre la fonction COOH du premier acide amin et la fonction NH du deuxi me, avec comme produit secondaire une mol cule 2 d'eau H O. 2 Apr s la constitution de la liaison peptidique, une extr mit est porteuse d'un groupe amine libre - l'extr mit N - ou amino-terminale, et l'autre d'un groupe carboxyl - extr mit C - ou carboxyl- terminale. Page 8 sur 17 è é ê é é é é é é é è é é é é é é é é é é é é  UE5 DOS SANTOS c. Réaction de décarboxylation R action de d carboxylation : permet la synth se d’amine Chimique ou enzymatique (d carboxylase sp cifique de chaque aa). D carboxylation sous forme de CO. 2 Histamine : vasodilatateur intervenant dans les r actions d’allergie ou inflammatoires GABA : neurotransmetteur le plus abondant dans le SNC 2.Propriétés de la fonction NH2 a. Formation d’imine « base de Schiff » : R action de NH2 avec une fonction ald hyde : Addition de carbonyle Sauf la proline qui contient une fonction amine secondaire. Page 9 sur 17 é é é è é é é é é  UE5 DOS SANTOS ⇒Double liaison C=N : N li un groupe aryle ou alkyle : imines secondaires. Un des moyens tr s sensibles de d tection des acides amin s utilise cette r action. Le produit est tr s fluorescent. b. N-acylation Avec des compos s tels que les anhydre d’acides ou les chlorures d’acides on obtient la formation de compos s N-acyl s. c. Action du 1-fluoro 2,4- dinitrobenz ne Page 10 sur 17 é é é è é à é é é é è  UE5 DOS SANTOS Le FDNB r agit facilement avec les fonctions amin s pour former un d riv N-2,4- dinitroph nyl. Ce compos jaune est facile identifier par chromatographie et doser par spectrophotom trie 360 nm. Cette r action a permis Frederik SANGER (1953) d' tablir la premi re structure primaire d'une prot ine : l'insuline. La fonction NH2 des peptides r agissent avec le 2,4-dinitrofluorobenz ne pour former des d riv s jaunes, les 2,4-dinitroph nyl-peptides. Lorsque ces compos s sont soumis une hydrolyse acide, toutes les liaisons peptidiques sont hydrolys es, mais la liaison entre la fonction 2,4-dinitroph nyl et la fonction amine de l'acide amin N-terminal reste stable. Identification de cet acide amin , par chromatographie par exemple. d. Carbamylation La carbamylation avec le ph nylisothiocyanate (PTC), un pH basique de 9, donne un d riv ph nylthiohydantoineaminoacide (PTH-aminoacide) qui absorbe dans l’UV et facilement s parable par chromatographie. Page 11 sur 17 é é é é é à é à é é é é é é à é à è è é à é é é é é é é é é à é é  UE5 DOS SANTOS La r action avec l‘aa terminal d'une prot ine (n-aa) lib re un d riv ph nylthiohydanto ne (PTH) -aminoacide et une prot ine amput e de son aa N-terminal (n-1) aminoacides: En r p tant le processus, on peut d terminer la structure primaire de la prot ine (d gradation r currente d'Edman). Cette alternance de réactions peut être effectuée une trentaine de fois sans perte importante de rendement, au-delà il est nécessaire de cliver la protéine en petits morceaux à l’aide d’endoprotéases. e. Dansylation L’action du chlorure de dansyle (1-dim thyl-amino- naphtal ne5-sulfonyle) donne un DNS aminoacide stable et fluorescent. Page 12 sur 17 é é é é é é é é é è è é é é é é ï  UE5 DOS SANTOS f. D samination R action au cours de laquelle, l’acide amin perd son groupement sous forme de NH3 (ammoniaque). Cette d amination peut tre oxydative ou non. Oxydative, elle correspond la lib ration de NH3 libre partir d’un groupe amine (-NH2) d’acide amin coupl e une oxydation. Fournit NH3 pour la synth se de l’ur e et d’acides α- c toniques pour des r actions dont certaines sont productrices d’ nergie. Au niveau du foie et des reins elle est catalys e par une de ces 3 enzymes : 1. L-Amino acid oxidases 2. D-Amino acid oxidases Page 13 sur 17 é é é é à é é è à é é ê é é é à é  UE5 DOS SANTOS 3. Glutamate dehydrogenase g. Réaction avec la ninhydride La ninhydrine (2,2-dihydroxyindan-1,3-dione) est un compos aromatique utilis comme r v lateur des acides amin s. Formule La ninhydrine (en exc s) r agit avec les acides amin s selon une suite de r actions classiques : - formation d'une imine -d carboxylation -hydrolyse de la nouvelle imine form e -condensation (sous forme d'imine nouveau) avec une seconde mol cule de ninhydrine. Page 14 sur 17 é é é é è é à é é é é é é UE5 DOS SANTOS Tous les acides amin s sont color s en pourpre de Ruhemann (λ = 570 nm), seules la proline et l'hydroxyproline sont color es en jaune (λ = 440 nm). 3. Propriétés de la chaine latérale a. Groupement Thiols Oxydation des SH: formation des ponts disulfures par oxydation de 2 cyst ines pour former une cystine. Pont disulfure Participe au maintien de la structure tridimensionnelle des prot ines. Les ponts disulfures peuvent être réduits pour rétablir les groupements thiol. Page 15 sur 17 é é é é é  UE5 DOS SANTOS Utilisation : Électrophorèse de différentes protéines On constate que le cytochrome c dimère est formé de deux sous unités identiques reliées entre elles par un pont disulfure. Blocage des cyst ines lors de l’ tude des prot ines: Formation d’une carboxy-amido-m thylation emp chant l’oxydation de la cyst ine à l’aide de l’iodoacétamine. agent alkylant utilis dans la cartographie des peptides. Utilis pour se lier de fa on covalente avec le groupe thiol de la cyst ine afin que cette prot ine ne forme pas de liaison disulfure. b. Fonction alcool (S, T), fonction phénol (Y) Phoshorylation (r action d’est rification) par l’acide phosphorique cr ation d’un ester phosphate * Chez les Eucaryotes, le taux de phosphorylation de S, T ou Y est respectivement de 1000 / 100 / 1. La phosphorylation de la tyrosine a une incidence biologique importante. Par exemple, l'activit d'un grand nombre de facteur de croissance est contr l e par la phosphorylation de cet acide amin. Page 16 sur 17 é é é é ç é é é é ô é ê é é é é é é  UE5 DOS SANTOS c. Fonction alcool (S, T) La O-glycosylation permet l’addition de glucides au niveau de l'O de la cha ne lat rale de S,T de polypeptides pr sents dans la lumi re de l'appareil de Golgi et provenant g n ralement du r ticulum endoplasmique o elles ont subi une N-glycosylation Catalys e par une enzyme de type glycosyl- transf rase, et d bute en g n ral par une N-ac tyl galactosamine. S rine est en rose d. Fonction amide N-glycosylation = addition de glucides aux cha nes peptidiques d s leur entr e dans la lumi re du Reticulum Endoplasmique. Ce processus se d roule de mani re co- traductionnelle par transport en bloc d'une seule esp ce d'oligosaccharide comprenant de N-ac tylglucosamine, de mannose et de glucose. Au cours de cette r action, un oligoside « N- glycosyl » se lie un asparagine (Asn), appartenant une s quence consensus Asn- X-Ser/Thr (X repr sente n'importe quel acide amin l'exception de la proline pour des raisons d'encombrement st rique). Enzyme membranaire de type oligosaccharyl- transf rase Page 17 sur 17 é é é é é é ù é é é é è è é é é î é é é à è é î é é é é à é è è à