Les Protéines et Acides Aminés - Cours Pr Morjan - 2023/2024 - PDF

Université Hassan II – Casablanca Laboratoire de Biochimie, CHU Ibn Rochd de Casablanca, Maroc Faculté de Médecine et de Pharmacie, Université Hassan II, Casablanca, Maroc Structure et propriétés des acides aminés et des protéines Pr Morjan Asmaa 1ère année Médecine/2ème année pharmacie Année universitaire : 2023/2024 Plan I-Introduction II-Importance et rôles des acides aminés III-Structure des acides aminés 1-Définition 2- Nature de la chaine carbonée (R) IV-Classification des acides aminés 1-La structure de la chaine latérale R. 2-La polarité ou la charge de la chaine latérale. 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. 4-Dérivés des acides aminés V- Propriétés physicochimiques 1- Propriétés physiques 2-Propriétés chimiques 3- Propriétés de la chaine latérale VI-Liaison peptidique 1-Définition 2-Exemples des Hormones Peptidiques VII-Structure des protéines 1-Structure primaire 2-Structure secondaire 3-Structure tertiaire 4-Structure quaternaire VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine I-INTRODUCTION Les acides aminés constituent avec les glucides et les acides gras les biomolécules les plus simples du système vivant. Ils sont les constituants élémentaires des protéines, ces dernières jouent par leurs fonctions très variées (enzymes, transport, contraction, défense….) un rôle fondamentale dans la survie des organismes vivants. II-Importance et rôles des acides aminés Les acides aminés qui entrent dans la structure des protéines sont au nombre de 20. Dans la nature d’autres plus de 150 acides aminés se trouvent à l’état libre dans la cellule ou liés à d’autres molécules. II-Importance et rôles des acides aminés Les acides aminés sont les principales sources de protéines, il s’agit d’un assemblage d’acide aminé différents qui formera la protéine. Ils sont également connus pour être les précurseurs de différentes hormones (mélatonine, progestérone, testostérone), neurotransmetteurs (sérotonine, catécholamine …). Ce sont des régulateurs de la glycémie, favoriser la récupération après l’effort mais également favoriser la formation de collagène. Ainsi, les acides aminés couvrent un large périmètre : le stress, la récupération physique après effort, la construction des muscles, l’entretient des articulations et des os. Plan I-Introduction II-Importance et rôles des acides aminés III-Structure des acides aminés 1-Définition 2- Nature de la chaine carbonée (R) IV-Classification des acides aminés 1-La structure de la chaine latérale R. 2-La polarité ou la charge de la chaine latérale. 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. 4-Dérivés des acides aminés V- Propriétés physicochimiques 1- Propriétés physiques 2-Propriétés chimiques 3- Propriétés de la chaine latérale VI-Liaison peptidique 1-Définition 2-Exemples des Hormones Peptidiques VII-Structure des protéines 1-Structure primaire 2-Structure secondaire 3-Structure tertiaire 4-Structure quaternaire VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine III-Structure des acides aminés 1-Définition : Un acide aminé est un composé possédant une fonction acide et une fonction basique qui est aminée et une chaine latérale R (radical) : spécifique de chaque AA, elle est à la base des différentes classifications. Ils ont un groupement acide carboxylique (- COOH) et un groupement amine, généralement primaire (-NH2). III-Structure et classification des acides aminés III-Structure des acides aminés 1-Définition : Ce motif commun aux 20 acides aminés est porté par le même carbone: le carbone alpha, d'où le nom d'acide α-aminés. Il s'agit d'un carbone C asymétrique noté C*. Sur ce carbone alpha commun, vient se fixer une chaîne carbonée : c'est le radical, spécifique à chaque acide aminé. Seule la proline est un acide α-iminé. III-Structure des acides aminés 2- Nature de la chaine carbonée (R) Il existe trois groupes de radicaux : a-radical linéaire b-radical hétéro-cyclique c-radical cyclique (noyau). a- les radicaux linéaires: H :absence de carbone asymétrique Méthyl : CH3 Alcool I : CH2OH Alcool II : CHOH-CH3 Soufré : SH (thiol) Soufré substitué : S-CH3 Ramifié : exemple : CH3-CH3-CH3 Acide carboxylique : COOH Basique : NH2, guanidine Amide : NH2-CO III-Structure des acides aminés 2- Nature de la chaine carbonée (R) b-Les radicaux hétéro-cycliques : -les radicaux hétéro-cycliques saturés : ils comportent un noyau pyrrolidine (C α et fonction α-iminée NH) -les radicaux hétéro-cycliques insaturés : ils comportent un noyau imidazole à 2N. c-Les radicaux cycliques : trois types de noyaux : Benzène, Phénol (benzène + OH) Indol (benzène + pyrrole) Plan I-Introduction II-Importance et rôles des acides aminés III-Structure des acides aminés 1-Définition 2- Nature de la chaine carbonée (R) IV-Classification des acides aminés 1-La structure de la chaine latérale R. 2-La polarité ou la charge de la chaine latérale. 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. 4-Dérivés des acides aminés V- Propriétés physicochimiques 1- Propriétés physiques 2-Propriétés chimiques 3- Propriétés de la chaine latérale VI-Liaison peptidique 1-Définition 2-Exemples des Hormones Peptidiques VII-Structure des protéines 1-Structure primaire 2-Structure secondaire 3-Structure tertiaire 4-Structure quaternaire VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine IV-Classification des acides aminés La classification des AA se fait selon : 1. La structure de la chaine latérale R. 2. La polarité ou la charge de la chaine latérale. 3. La capacité de l’organisme de les synthétiser. IV-Classification des acides aminés 1. Selon la structure de la chaine latérale R IV-Classification des acides aminés 1. Selon la structure de la chaine latérale R IV-Classification des acides aminés 1. Selon la structure de la chaine latérale R Avec 2 groupements aminés (basiques) IV-Classification des acides aminés 1. Selon la structure de la chaine latérale R IV-Classification des acides aminés 2.La polarité ou la charge de la chaine latérale. IV-Classification des acides aminés 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. Semi-essentiel IV-Classification des acides aminés 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. Quels sont les 8 acides aminés essentiels ? AA indispensables : valine, leucine, isoleucine, phénylalanine, thréonine, méthionine, lysine, tryptophane. IV-Classification des acides aminés 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. Quels sont les 8 acides aminés essentiels ? 1. Méthionine : Il joue un rôle majeur dans la formation des protéines puisqu’il initie la synthèse protéique, il est anti- oxydant et intervient dans le renouvellement cellulaire notamment au niveau des muscles, du foie et de cheveux. 2. Tryptophane : Il s’agit du précurseur de la sérotonine, c’est un neurotransmetteur dans le système nerveux central. Le tryptophane est également le précurseur de la mélatonine, (l’hormone du sommeil). IV-Classification des acides aminés 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser Quels sont les 8 acides aminés essentiels ? 3. Isoleucine : Il permet de générer une source d’énergie pendant l’effort. De plus, il est chargé du maintien et régénère les tissus musculaires de notre corps. IV-Classification des acides aminés 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser Quels sont les 8 acides aminés essentiels ?. 4. Leucine : Cet acide aminé joue un rôle essentiel dans le maintien et la structuration des protéines au sein des muscles. Joue également un rôle dans la régulation de la glycémie et la régénération des tissus. 5. Lysine : La lysine est principalement retrouvée au niveau des muscles, elle va contribuer à la formation de collagène, des anticorps mais également au maintien de la structure osseuse. 6. Phénylalanine : Cet acide aminé va jouer un rôle dans la synthèse de neurotransmetteurs et notamment de l’adrénaline et de la dopamine. IV-Classification des acides aminés 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. Quels sont les 8 acides aminés essentiels ? 7. Thréonine : participe de manière active à l’absorption des nutriments par le sang et également à la digestion de manière générale. 8. Valine : Il s’agit du précurseur de neurotransmetteurs essentiels à la neurotransmission dans le cerveau. Cet acide aminé est capté directement par les muscles, ce qui favorise la récupération sportive après l’effort. IV-Classification des acides aminés 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser AA semi-essentiel : Histidine : Cet acide aminé intervient dans la synthèse de l’hémoglobine, la réparation des tissus et le fonctionnement du système immunitaire.. IV-Classification des acides aminés Acide Aminé Abréviation Nombre de C Structure de R Type de R Radical Catégorie Polarité pHi Glycine Gly (G) 2 Linéaire (L) H Neutre (n) Apolaire (A) 5,97 Alanine Ala (A) 3 L CH3 n A 6,02 Valine Val (V) 5 L ramifié CH-(CH3)2 n A 5,97 Leucine Leu (L) 6 L ramifié CH2-CH-(CH3)2 n A 5,98 CH3-CH-CH2- Isoleucine Ile (I) 6 L ramifié CH3 n A 6,02 Méthionine Met (M) 6 L ramifié (CH2)2-S-CH3 n A 5,75 noyau Proline Pro (P) 5 Hétéro cyclique pyrrolidine cycle saturé n A 6,1 CH2-noyau Phénilalanine Phe (F) 9 cyclique benzène benzène n A 5,98 CH2-indole- Tryptophane Trp (W) 11 cyclique indole benzène n A 5,88 Polaire Non Sérine Ser (S) 3 L alcool I CH2-OH n Ionisable PNI 5,68 Thréonine Thr (T) 4 L Alcool II CH-OH-CH3 n PNI 5,65 Cystéine Cys (C) 3 L Thiol CH2-SH n PNI 5,02 Asparagine Asn (N) 4 L amide CH2-CO-NH2 n PNI 5,41 (CH2)2-CO- Glutamine Gln (Q) 5 L amide NH2 n PNI 5,65 CH2-Benzène- Tyrosine Tyr (Y) 9 cyclique OH Phénolique OH n PNI 5,65 Polaire Aspartate Asp (D) 4 L COOH CH2-COOH acide ionisable 2,87 Glutamate Glu (E) 5 L COOH (CH2)2-COOH acide PI 3,22 Lysine Lys (K) 6 (2N) L amine (CH2)4-NH2 basique PI 9,74 (CH2)3-NH-C- Arginine Arg (R) 6 (4N) L guanidine NH-NH2 basique PI 10,76 IV-Classification des acides aminés IV-Classification des acides aminés IV-Classification des acides aminés 4-Dérivés des acides aminés : 1- Acides aminés formés après leur incorporation dans les protéines En plus des 20 acides aminés standards commun à toutes les protéines, d’autres acides aminés sont présents dans certains types de protéines. Ces AA sont formés après incorporation de l’AA dans la molécule protéique IV-Classification des acides aminés 4-Dérivés des acides aminés : 1- Acides aminés formés après leur incorporation dans les protéines a-L'hydroxyproline est un acide aminé essentiel constitutif de certaines protéines qui dérive de l'hydroxylation en C4 de la proline. Cette hydroxylation est activée par une enzyme appelée prolyl hydroxylase La condition est que la proline hydroxylée (Pro) soit adjacente à une glycine (Gly) dans le brin, dans le sens amino à carboxyle. Cette réaction nécessite une coenzyme, l'acide ascorbique (vitamine C). L'absence de cette vitamine (coenzyme) empêche la synthèse correcte de l'hydroxyproline et est à l'origine de la maladie connue sous le nom de scorbut. IV-Classification des acides aminés 4-Dérivés des acides aminés :.1- Acides aminés formés après leur incorporation dans les protéines b-Gamma-carboxyglutamate Présenté dans la prothrombine, protéines de la coagulation ainsi que dans les protéines qui fixent le Ca2+ au cours de leurs activités biologiques. Gamma-carboxyglutamate IV-Classification des acides aminés 4-Dérivés des acides aminés : 2- Acides aminés libres Environ 300 dérivés d’AA supplémentaires, ne sont pas constituants des protéines , mais sont libre dans la cellule a- Citrulline : La citrulline est un acide aminé qui ne peut pas être incorporé dans la structure des protéines (non protéinogène), elle a été identifiée pour la première fois dans la composition de la pastèque. La citrulline est un précurseur de l’arginine, son apport est intéressant car contrairement à l’arginine, la citrulline n’est pas dégradée au niveau du foie (uréogénèse), elle peut passer directement jusqu’aux reins ou elle sera transformée en arginine. Finalement un apport en citrulline permet de contourner la phase de dégradation de l’arginine au niveau du foie et permettrait d’avoir une plus grande quantité d’arginine au niveau sanguin qu’avec un apport équivalent d’arginine. IV-Classification des acides aminés 4-Dérivés des acides aminés : 2- Acides aminés libres : Structure de la Citrulline La citrulline intervient donc dans les mêmes mécanismes physiologiques que l’arginine grâce à sa conversion. IV-Classification des acides aminés 4-Dérivés des acides aminés : 2- Acides aminés libres b-Ornithine : L'ornithine (acide 2,5-diaminopentanoïque/ acide ornithurique) est un acide aminé non codé par le code génétique, et qui n'entre donc pas dans la composition des protéines. L'ornithine est un des produits de l'action de l'arginase dihydrolase sur la L-arginine pour former l'urée. IV-Classification des acides aminés 4-Dérivés des acides aminés : 2- Acides aminés libres b-Ornithine : IV-Classification des acides aminés Plan I-Introduction II-Importance et rôles des acides aminés III-Structure des acides aminés 1-Définition 2- Nature de la chaine carbonée (R) IV-Classification des acides aminés 1-La structure de la chaine latérale R. 2-La polarité ou la charge de la chaine latérale. 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. 4-Dérivés des acides aminés V- Propriétés physicochimiques 1- Propriétés physiques 2-Propriétés chimiques 3- Propriétés de la chaine latérale VI-Liaison peptidique 1-Définition 2-Exemples des Hormones Peptidiques VII-Structure des protéines 1-Structure primaire 2-Structure secondaire 3-Structure tertiaire 4-Structure quaternaire VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine V- Propriétés physicochimiques 1-Propriétés physiques a- Solubilité : A l’état solide les acides aminés forment des cristaux. Ils sont relativement solubles dans l’eau et dans les solvants polaires du fait de leur caractère ionique et de leur possibilité de former des liaisons hydrogènes avec les molécules d’eau. Cette solubilité est plus faible pour les acides aminés hydrophobes. V- Propriétés physicochimiques 1-Propriétés physiques a- Solubilité : La solubilité des AA dépend de la chaine latérale R : elle diminue avec le nombre d’atomes de carbone du R elle augmente si le R est porteur de fonction polaire(NH2, COOH ,OH). Point de fusion très élevé >200°. V- Propriétés physicochimiques 1-Propriétés physiques b-Absorption de la lumière : Les aminoacides n'absorbent pas la lumière visible, leurs solutions sont incolores. Ils absorbent dans l`ultraviolet. 3 AA absorbent dan l’UV : la phénylalanine à 260nm , la tyrosine et le tryptophane à 280nm. Cette propriété d’absorption lumineuse due à la présence dans la molécule d’un noyau aromatique , elle est utilisée pour une évaluation quantitative des protéines V- Propriétés physicochimiques 1-Propriétés physiques c-propriétés optiques : Tous les acides aminés sauf la Glycine possèdent au moins un atome de carbone asymétrique (carbone chiral) leur conférant des propriétés optiquement actives. Les acides aminés naturels sont de configuration L (S). Seuls certains acides aminés présents dans des peptides bactériens ont la configuration D.. V- Propriétés physicochimiques 1-Propriétés physiques c-propriétés optiques : V- Propriétés physicochimiques 2- Propriétés chimiques a-Ionisation des acides aminés Les acides aminés sont amphotères: Les AA contiennent un groupement -COOH acide et un groupement NH2 basique. L’état d’ionisation varie en fonction du pH : *En milieu acide, la fonction amine NH2 s’ionise en captant un proton (R-NH3 + ) : cation *En milieu basique : la fonction acide s’ionise en libérant un proton (R-COO- ) :anion V- Propriétés physicochimiques 2- Propriétés chimiques a-Ionisation des acides aminés A PH convenable , ils prennent la forme d’un ion dipolaire « Zwitterion ». En solution , les AA peuvent exister sous 3 formes : V- Propriétés physicochimiques 2- Propriétés chimiques a-Ionisation des acides aminés Phi (PH isoélectrique): c’est le PH pour lequel les charges (+) et(-) sont en équilibre et la charge globale est égale à 0. (à ce PH l’AA ne migre pas lorsqu’il est placé dans un champ électrique). L’AA change de charge en fonction du Ph du milieu dans lequel il se trouve : Ph < Phi : l’AA capte un proton et devient positif. Ph > Phi : l’AA perd un proton et devient négatif. Ph = Phi : l’AA possède une charge globale égale à 0 ( il a une charge neutre). V- Propriétés physicochimiques 2- Propriétés chimiques b-Propriétés dues au groupement carboxylique COOH :  Estérification : par un alcool et en présence d`un acide fort. V- Propriétés physicochimiques 2- Propriétés chimiques b-Propriétés dues au groupement carboxylique COOH : Amidification : réaction avec NH3 + conduit à un amide V- Propriétés physicochimiques 2- Propriétés chimiques b-Propriétés dues au groupement carboxylique COOH : Décarboxylation : elle est possible par deux voies chimique et enzymatique V- Propriétés physicochimiques 2- Propriétés chimiques b-Propriétés dues au groupement carboxylique COOH : Formation de sels : action d`une base sur groupement carboxylique conduit à la formation de sels. V- Propriétés physicochimiques 2- Propriétés chimiques c-Propriétés dues au groupement NH2 Addition de carbonyle : Les fonctions α aminés des aminoacides réagissent réversiblement avec les aldéhydes pour donner un produit très fluorescent. C`est un des moyens très sensibles de détection des aminoacides. V- Propriétés physicochimiques 2- Propriétés chimiques c-Propriétés dues au groupement NH2 Addition de carbonyle : V- Propriétés physicochimiques 2- Propriétés chimiques c-Propriétés dues au groupement NH2  Désamination : Pour maintenir la réserve intracellulaire des 20 aminoacides servant à la synthèse protéique, le métabolisme passera par des désaminations avec oxydation qui produiront des acides α cétoniques, source principale, sinon la seule, à partir de laquelle les aminoacides sont synthétisés. V- Propriétés physicochimiques 3- Propriétés de la chaine latérale a-Groupement thiol SH de la cystéine :  L’oxydation : permet la formation de pont disulfure ,joue un rôle important dans la formation de la structure tridimensionnelle des protéines V- Propriétés physicochimiques 3- Propriétés de la chaine latérale b-Groupement phénolique de la tyrosine :  Halogénation : étape importante de la formation des hormones thyroïdiennes (iodation de la tyrosine) V- Propriétés physicochimiques 3- Propriétés de la chaine latérale c-Les chaines latérales alcools (Ser et Thr) et amides (Asn) :  Liaison avec les glucides : pour former les glycoprotéines par les groupements OH des Serines et Thréonines et par les NH2 de l’Asparagine Plan I-Introduction II-Importance et rôles des acides aminés III-Structure des acides aminés 1-Définition 2- Nature de la chaine carbonée (R) IV-Classification des acides aminés 1-La structure de la chaine latérale R. 2-La polarité ou la charge de la chaine latérale. 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. 4-Dérivés des acides aminés V- Propriétés physicochimiques 1- Propriétés physiques 2-Propriétés chimiques 3- Propriétés de la chaine latérale VI-Liaison peptidique 1-Définition 2-Exemples des Hormones Peptidiques VII-Structure des protéines 1-Structure primaire 2-Structure secondaire 3-Structure tertiaire 4-Structure quaternaire VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VI- Liaison peptidique Définition : La liaison peptidique permet de relier entre eux plusieurs acides aminés afin de former ce qu'on appelle un peptide. S'il existe 20 acides aminés, il n'existe qu'une seule forme de liaison : la liaison peptidique. La liaison peptidique est une liaison amide, constituée par déshydratation entre 2 acides aminés transportés Le processus de liaison est réversible. En effet, les liaisons peptidiques peuvent être rompues par protéolyse. VI- Liaison peptidique VI- Liaison peptidique VI- Liaison peptidique La chaîne polypeptidique apparaît comme une succession de motifs « liaison peptidique » appelée squelette polypeptidique, sur laquelle sont greffées les chaînes latérales des acides aminés. VI- Liaison peptidique VI- Liaison peptidique Configuration spatiale d’une chaine peptidique VI- Liaison peptidique Ionisation de la chaine peptidique: L’AA change de charge en fonction du pH du milieu dans lequel il se trouve : pH < pHi : l’AA capte un proton et devient positif. pH > pHi : l’AA perd un proton et devient négatif. pH= pHi : l’AA possède une charge globale égale à 0 ( il a une charge neutre). VI- Liaison peptidique VI- Liaison peptidique Exemples des Hormones Peptidiques 1 - Hormones Hypophysaires La vasopressine : action antidiurétique VI- Liaison peptidique Exemples des Hormones Peptidiques 2 - Hormones Hypothalamiques La somatostatine: 2 chaîne, une de 14 AA l'autre de 28 AA. Elle a une action inhibitrice sur plusieurs hormones dont l’insuline et le glucagon. VI- Liaison peptidique Exemples des Hormones Peptidiques 3 – Hormones pancréatiques Insuline : L'insuline est une hormone constituée de 2 chaînes polypeptidiques reliées entre elles par 2 ponts disulfures et 1 pont disulfure intrachaîne dans la chaine A : Une chaîne A de 21 acides aminés et une chaîne B de 30 acides aminés. L'insuline est produite par les cellules β des îlots de Langerhans du pancréas. Hormone hypoglycémiante VI- Liaison peptidique Structure de l’insuline Plan I-Introduction II-Importance et rôles des acides aminés III-Structure des acides aminés 1-Définition 2- Nature de la chaine carbonée (R) IV-Classification des acides aminés 1-La structure de la chaine latérale R. 2-La polarité ou la charge de la chaine latérale. 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. 4-Dérivés des acides aminés V- Propriétés physicochimiques 1- Propriétés physiques 2-Propriétés chimiques 3- Propriétés de la chaine latérale VI-Liaison peptidique 1-Définition 2-Exemples des Hormones Peptidiques VII-Structure des protéines 1-Structure primaire 2-Structure secondaire 3-Structure tertiaire 4-Structure quaternaire VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VII- Structure des Protéines VII- Structure des Protéines I-Structure primaire Le niveau de base de la structure protéique Consiste simplement en la séquence en acides aminés d'une chaîne polypeptidique. Par exemple, l'insuline possède deux chaînes polypeptidiques, A et B, représentées dans le schéma ci-dessous. Chaque chaîne dispose de son propre lot d'acides aminés, assemblés dans un ordre particulier. Ex : la séquence de la chaîne A commence par une glycine en N- terminal et se termine par une asparagine en C-terminal VII- Structure des Protéines VII- Structure des Protéines I-Structure primaire La séquence d'une protéine est déterminée par la séquence ADN du gène qui encode la protéine Une mutation dans la séquence génétique peut entraîner une modification de la séquence en acides aminés de la protéine. Même le changement d’un seul acide aminé dans la séquence d’une protéine peut affecter la structure et la fonction globale de la protéine. VII- Structure des Protéines I-Structure primaire Ex : dans l’hémoglobine le remplacement d'un seul acide aminé est associé à la drépanocytose, une maladie héréditaire qui altère les globules rouges. Dans la drépanocytose, l'une des chaînes polypeptidiques qui composent l'hémoglobine, la protéine qui transporte l'oxygène dans le sang, présente une légère modification de sa séquence. L'acide glutamique qui est normalement le sixième acide aminé de la chaîne β de l'hémoglobine (un des deux types de chaînes protéiques qui composent l'hémoglobine) est remplacé par une valine. VII- Structure des Protéines I-Structure primaire VII- Structure des Protéines I-Structure primaire VII- Structure des Protéines II-Structure secondaire Le niveau suivant de structure protéique la structure secondaire, désigne les structures pliées localement qui se forment dans un polypeptide à cause des interactions entre les atomes du squelette. (Le squelette fait simplement référence à la chaîne polypeptidique en dehors des groupes R – la structure secondaire n'implique pas les atomes du groupe R.) Les types les plus courants de structures secondaires sont l'hélice α et le feuillet β plissé. Les deux structures sont maintenues par des liaisons hydrogène, qui se forment entre l'O du carbonyle d’un acide aminé et l’H de l'amine d’un autre acide aminé. VII- Structure des Protéines II-Structure secondaire VII- Structure des Protéines II-Structure secondaire Hélice α : le carbonyle (C=O) d'un acide aminé est lié par une liaison hydrogène à l'H du groupe amine (N-H) d'un acide aminé situé quatre acides aminés plus bas dans la chaîne. (Ex : carbonyle de l'acide aminé 1 constitue une liaison hydrogène avec le N-H de l'acide aminé 5.) Ce modèle de liaison tire la chaîne polypeptidique et lui confère une structure hélicoïdale semblable à un ruban enroulé Feuillet β plissé : deux ou plusieurs segments d'une chaîne polypeptidique s'alignent l'un à côté de l'autre, formant une structure semblable à une feuille plissée maintenue de la sorte par des liaisons hydrogène. VII- Structure des Protéines III-Structure tertiaire La structure tridimensionnelle globale d'un polypeptide s'appelle la structure tertiaire. La structure tertiaire est principalement due aux interactions entre les groupes R des acides aminés qui composent la protéine. Les interactions des groupes R qui contribuent à la structure tertiaire comprennent les liaisons hydrogène, les liaisons ioniques , toute la gamme de liaisons non covalentes. VII- Structure des Protéines III-Structure tertiaire Les groupes R avec des charges similaires se repoussent, tandis que ceux portant des charges opposées peuvent former une liaison ionique. De même, les groupes R polaires peuvent constituer des liaisons hydrogène. Les interactions hydrophobes sont également importantes pour la structure tertiaire. Grâce à elles, les acides aminés avec des groupes R apolaires hydrophobes se regroupent à l'intérieur de la protéine, et laissent les acides aminés hydrophiles interagir à l'extérieur avec les molécules d'eau environnantes. VII- Structure des Protéines VII- Structure des Protéines IV-Structure quaternaire De nombreuses protéines sont composées d’une seule chaîne polypeptidique et ne présentent que trois niveaux de structure Cependant, certaines protéines comprennent de multiples chaînes polypeptidiques, également appelées sous-unités. Lorsque ces sous-unités se réunissent, elles forment la structure quaternaire de la protéine. En général, les types d'interactions qui interviennent dans la structure tertiaire (principalement des interactions faibles, comme les liaisons hydrogène ) permettent également de maintenir la cohésion des sous-unités pour former la structure quaternaire. VII- Structure des Protéines Plan I-Introduction II-Importance et rôles des acides aminés III-Structure des acides aminés 1-Définition 2- Nature de la chaine carbonée (R) IV-Classification des acides aminés 1-La structure de la chaine latérale R. 2-La polarité ou la charge de la chaine latérale. 3-La capacité de l’organisme de les synthétiser. 4-Dérivés des acides aminés V- Propriétés physicochimiques 1- Propriétés physiques 2-Propriétés chimiques 3- Propriétés de la chaine latérale VI-Liaison peptidique 1-Définition 2-Exemples des Hormones Peptidiques VII-Structure des protéines 1-Structure primaire 2-Structure secondaire 3-Structure tertiaire 4-Structure quaternaire VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Structure : L’hémoglobine (Hb) est une protéine transporteuse d’oxygène. Elle se trouve dans les globules rouges (hématies ou érythrocytes) qui la synthétisent lors de leur période de différenciation. Une faible part est plasmatique et associée à des protéines suite à la dégradation des globules rouges ou hémolyse. Sa masse moléculaire est de 64458 daltons. VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Structure : -Les gènes des chaînes de globine de l'hémoglobine sont regroupés en deux groupes (clusters) positionnés sur deux chromosomes différents : - les gènes du groupe α codant pour les chaînes de type A sont sur le chromosome 16. - les gènes du groupe β codant pour les chaînes de type B sont sur le chromosome 11. VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Structure : Chez l’adulte, plus de 95% de l’hémoglobine est de type A1 (α2β2). L’hemoglobine A2 (α2δ2) ne dépasse pas 3%. Durant la vie foetale, l’hémoglobine F est formée de deux chaînes α avec deux chaînes γ. L’hémoglobine est constituée de quatre sous-unités polypeptidiques associées chacune à un cofacteur lié. VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Structure : L’Hb A : 95 à 98% de l’Hb retrouvée chez l’adulte; contient deux chaînes protéiques alpha (a) et deux chaînes protéiques bêta (b). L’Hb A2 : 2 à 3% de l’Hb; contient deux chaînes protéiques alpha (a) et deux chaînes protéiques delta (d). L’Hb F : inférieure 1% de l’Hb chez l’adulte; contient deux chaînes protéiques alpha (a) et deux chaînes protéiques gamma (g). VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Structure : -Hème. L’hème est formé d’une structure aromatique tétrapyrollique (protoporphyrine) et d’un atome de fer. VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Chaque complexe hème + globine forme une sous unité: les quatre sous-unités s'adaptent les unes aux autres pour former un tétraèdre = la molécule d'hémoglobine. VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Libération de l’oxygène : Le 2,3 DiPhosphoGlycérate (2,3-DPG) est un ligand de l’hémoglobine. C’est un anion fort, dont les trois fonctions acides sont ionisées au pH des globules rouges. La liaison 2,3-DPG ↔ hémoglobine est maximum à pH neutre. VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Libération de l’oxygène : La liaison 2,3-DPG ↔ hémoglobine favorise le passage de l’hémoglobine à la forme désoxygénée. Le diphosphoglycérate réduit l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène. Il est produit en plus grande quantité chez les individus fréquentant les hautes altitudes, là où la pression partielle d'O2 est plus faible, afin de faciliter la libération d'oxygène par les globules rouges. VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Anomalies et variabilité naturelle de l'hémoglobine Les hémoglobinopathies : -Anomalies de la séquence de Hb : Variants de l’Hb -Anomalies de la synthèse et de l'association des chaînes de globines dans l'Hb (c'est un polymorphisme d'activité synthétique) : les thalassémies VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Anomalies et variabilité naturelle de l'hémoglobine 1-La drépanocytose : le variant le plus connu de la chaîne B est la chaîne S qui conduit à l'HbS À basse pression de dioxygène, cette HbS se polymérise en fibres qui déforment les hématies qui peuvent boucher les capillaires (occlusion) ou qui sont éliminées par le foie et la rate. Cette maladie est une hémoglobinopathie qui repose EXCLUSIVEMENT sur une mutation NON CORRIGÉE du 6eme triplet de bases du gène β (conduisant à une mutation faux-sens au niveau du 6eme aa de la chaîne B : Glu->Val) VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Anomalies et variabilité naturelle de l'hémoglobine 2- Thalassémies Dans les thalassémies, l’anomalie hémoglobinique est l’inhibition de la synthèse de certaines chaînes polypeptidiques de l'hémoglobine. Un mécanisme compensateur apparaît alors qui tente de pallier à la synthèse insuffisante par une élaboration accrue des autres chaînes polypeptidiques. VIII-Structure et propriétés de l’hémoglobine Anomalies et variabilité naturelle de l'hémoglobine 2- Thalassémies ► les α thalassémies (α thal), pour lesquelles un ou plusieurs gènes de la globine α sont délétés : elles sont plus fréquentes en Asie du sud-est, mais observées également en Afrique. ► les β thalassémies (β thal),pour lesquelles un ou les deux gènes de la globine β sont anormaux (mutés) : elles sont plus fréquentes dans le bassin méditerranéen, au Moyen Orient, en Inde, Chine et en Asie du SE. Les signes cliniques sont en grande partie fonction du nombre de chaînes de globine mutées ou déficientes, allant de l’affection inapparente à des formes avec anémie très sévère Université Hassan II – Casablanca Laboratoire de Biochimie, CHU Ibn Rochd de Casablanca, Maroc Faculté de Médecine et de Pharmacie, Université Hassan II, Casablanca, Maroc Enzymologie Pr Morjan Asmaa 1ère année Médecine/3ème année pharmacie Année universitaire : 2023/2024 Plan I-Introduction II-Bases fondamentales 1-Généralités sur les enzymes 2-Structure des enzymes 3-Classification des enzymes 4- Nomenclature des enzymes III-Cinétique enzymatique 1-Généralités 2-Modèle de Michaelis et Menten 3-Applications VI-Enzymes allostériques V-Coenzymes et vitamines hydrosolubles VI-Conclusion 107 I-Introduction Les enzymes constituent un outil précieux dans l’analyse biochimique. Il est possible de mettre en évidence dans un fluide corporel de très faibles quantités d’enzymes en mesurant leur activité catalytique comme c’est le cas pour les transaminases, PAL,LDH.... L’activité d’une enzyme dans un fluide peut varier sensiblement, sa mesure permet de détecter un état compatible avec un statut physiologique normal ou au contraire pathologique. 108 I-Introduction Protéine présentant des propriétés de catalyse spécifiques d’une réaction chimique du métabolisme de l’être vivant qui la produit. Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs, c’est-à-dire qu’en agissant à des concentrations très petites, elles augmentent la vitesse des réactions chimiques, sans en modifier le résultat. Les enzymes agissent en très faible quantité, ne sont pas consommées au cours de la réaction (c’est-à-dire qu’elles se retrouvent intactes à la fin de la réaction) et ont une spécificité de substrat et de réaction, c’est-à-dire qu’une enzyme transforme un substrat donné grâce à une réaction donnée. Plan I-Introduction II-Bases fondamentales 1-Généralités sur les enzymes 2-Structure des enzymes 3-Classification des enzymes 4- Nomenclature des enzymes III-Cinétique enzymatique 1-Généralités 2-Modèle de Michaelis et Menten 3-Applications VI-Enzymes allostériques V-Coenzymes et vitamines hydrosolubles VI-Conclusion 110 I-Introduction II-Bases fondamentales 1- Généralités sur les enzymes: Genre: un ou une enzyme Catalyseurs biologiques de nature protéique qui jouent un rôle central dans le monde vivant. Site actif/Substrat 112 II-Bases fondamentales 1- Généralités sur les enzymes: Accélère la vitesse des réactions chimiques en diminuant l’énergie d’activation Keq S P Les enzymes ne crée pas la réaction, elles la favorisent et sont complètement régénérées à la fin de celle ci. Beaucoup d’enzymes ont été dénommés en ajoutant le suffixe ase au nom de leur substrat, c’est-à-dire la molécule sur laquelle l’enzyme exerce son action catalytique. Ex Uricase 113 II-Bases fondamentales 1- Généralités sur les enzymes: Energie d’activation Keq Energie libre Etat transition S P ΔG # ES (Etat E+S ES transition) ΔG # E+P S(Etat ΔG structure en forme de feuille Noyau ptéridine lié à l’acide para amino benzoïque lui même lié à l’acide glutamique Le noyau ptéridine est réduit en position 5, 6, 7 et 8 Ceci forme le ptéroylglutamate = folate V-Coenzymes et vitamines Rôle important dans le métabolisme des AA ; métabolisme de la méthionine. V-Coenzymes et vitamines Coenzyme : tétrahydrofolate ou 5, 6, 7, 8, THF (coenzyme fonctionnel) : c’est un transporteurd’unités monocarbonées liées sur carbone en N5 et /ou N10 (formyle THF avec CHO, méthylène- THF avec CH=NH,…) lié par substitution de l’hydrogène. On le classe parmi les vitamines hydrosolubles même si sa solubilité est limitée. C’est une vitamine absorbée au niveau de l’intestin grêle, fragile elle peut être détruite par la cuisson, par l’acidité et la lumière. La cuisson, la mise en conserve et la congélation des légumes diminuent leur teneur en vitamine B9. La vitamine B9 intervient dans la fabrication de l’ADN dès qu’une cellule de l’organisme nécessite un renouvellement rapide (cellules du sang, de l‘estomac, des intestins, de la bouche, germinales…). Un taux faible d’acide folique dans le sang a pour conséquence la diminution du nombre des divisions (mitose) des cellules, ce qui entraîne une augmentation de volume de celles en place (macrocytose), cellules de la bouche, du foie. Utilisation de drogue analogue des folates peut servir de traitements anticancéreux. Cette drogue va bloquer la synthèse d’ADN

Les Protéines et Acides Aminés - Cours Pr Morjan - 2023/2024 - PDF

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