Acides Aminés (PDF)

LES ACIDES AMINÉS Molécules constitutives du vivant : Acides aminés (AA) ; Protéines (P) ; Glucide (G) ; Lipides (L) ; Acide Nucléique (AN) I. Généralités : - Formule générale des AA : COOH = Acide faible...

LES ACIDES AMINÉS Molécules constitutives du vivant : Acides aminés (AA) ; Protéines (P) ; Glucide (G) ; Lipides (L) ; Acide Nucléique (AN) I. Généralités : - Formule générale des AA : COOH = Acide faible NH2 = Base - AA abondants sur Terre : o 22 sortes d’AA différents participent aux protéinogèneses sur Terre o 21 chez l’Homme et mammifère ⇨ la 22ème étant propre à des bactéries abyssales pyrolysine o Des 100aines d’AA entrent dans la composition d’autres choses que des P, AA modifié en post-traductionnelle o Plusieurs 1000ers d’AA sont créés en laboratoire (Synthétisés, artificiel) o Il existe des AA-D dans le vivant, mais ils ne servent jamais à la synthèse de P ⇨ Neurotransmetteurs, chez les mollusques, … o L’AA est amphotère puisqu’il possède à la fois une fonction basique et acide Le carbone 1 ne peut pas porter de fonction amine ⇒ w aminé → Caractérisé par la position relative de la fonction amine : α aminé (AA α aminé) A/ Structure : - Ils sont caractérisés par la position relative : De la fonction acide carboxylique : C1OOH – C2 – C3 – … De la fonction amine : Cα – Cβ – (C gamma)… 𝑔 - Masse moyenne d’un A-αA = 110 Da ( 𝑚𝑜𝑙 ) - En réalité, COOH et NH2 sont plutôt sous formes : NH3+ et COO- à PH= 7 (ionisation des A-αA) - Le Cα* octroie une forme tétraédrique régulière aux AA hybridé sp3 (Exception de la glycine : pas de C*) - Acide α-Aminé = Acide L-2-amino-carboxyliques (Tous les AA naturels sont L) - L’AA est amphotère puisqu’il possède à la fois une fonction basique et acide - Règle de Fisher : ▪ Avant : trait épais – Arrière : trait mince – ▪ En haut : f° la + oxydée En bas : reste de la chaine carbonée ▪ Gauche : f° amine (AA L) Droite : f° hydrogène - L aminé ou levo (amine à gauche) = protéinogène - D aminé ou dextro (amine à droite) = pas protéinogène On a une tendance à produire + facilement des L et des α : Ces AA serait arrivé sur terre par les météorites. 1 Tétraèdre régulier association de 4 triangles dans l’espace. B/ Rôles : - Synthèse : o Protéines (P) ++ o Nucléotides (purines et pyrimidines) o Oses, o Acides Gras (cas de jeune : rare) o Neuromédiateurs/Hormones ⇨ Noradrénaline (médiateur du stress) à partir de la Tyr, NO (neuromédiateur de la contraction musculaire lisse pour les détendre) à partir d’arginine, (en cas d’angine de poitrine=> meilleur circulation du sang) , Hormones thyroïdiennes grâce à la thyroglobuline issue de la Tyr, … - Production d’énergie : par voies Ezatiques, métaboliques pour fabriquer de l’ATP (oxydations) : rare - Régulation : L’Ammoniac NH3 est une molécule toxique pouvant entrainer un coma par accumulation dans l’organisme, son taux est régulé par l’AA le + présent dans le sang : la Gln. Élimination NH2 des AA se fait sous forme d’urée (non toxique) pour les vivants terrestres. - Maturation Protéique : De nombreuses modifications post-traductionnelles aboutissent à la création de P Phosphorylation : Ser → PhosphoSer sur OH (phénol pour tyr) 2 charges - modifie les propriétés de P:Enzyme Hydroxylation : Lys → HydroxyLys (proline pour le collagène + vitamine C) Glycosylation : Asn (asparagine) (modif d’une chaine d’ose => sucre) Remarque : toute la neurotransmission se fait grâce au AA a l’origine. Ilimination de l’azote des AA dans l’urée (=molecule non toxique) contrairement au NH3 II. Propriétés : - Présence d’un/plusieurs C* : chirale (main) Amine à Gauche = L-aminocarboxyliques Amine à Droite = D-aminocarboxyliques - Pouvoir rotatoire de la lumière polarisée : aucun rapport avec la configuration D ou L, mais o Mélange racémique D/L = 0 rotation o Il n’y a pas d’explication physique sur pourquoi « la nature a choisi L plutôt que D » (possiblement un hasard) - Ionisation, caractère acide ou basique : Dans le cas d’AA sans chaine R chargée o pH tous les AA ont charge + : NH3+ et COOH o 2 < pH < 9: NH3+ et COO- o pH >9: NH2 et COO- 🡪 pI ou pHi point isoélectrique = la somme des charges est nulle. 2 Présence charge – et + = état zwitterion = dans un champ électrique, ne bouge pas mais peut tourner et s’aligner sur le champs (Pas de mobilité, mise à part la rotation sur son axe longitudinal) ** ( tt acides sont déprotonés mais pas l’amine) - Calcul du point isoélectrique : ⇨ Si R non chargé (non ionisable) : le pHi correspond à la moyenne des pka des fonctions COOH et NH3 ⇨ Si R chargé (ionisable) : le pHi correspond à la moyenne des pKa des 2 fonctions qui entourent l’état zwitterion (point isolélectrique) **Plus le milieu est riche en protons plus (H3O+) càd au cours du temps la solution qui va passer au travers de la colonne va passer d’un pH 10 à par ex un pH 2. On les collecte jusqu’au dernier et on les analyse en les couplant à des molécule absorbantes de la lumière IV. Classification : A/ Chaînes latérales apolaires, hydrophobes 1) Aliphatiques : linéaires et généralement saturées (dans les mb ou à l’intérieur des protéines) : GLYCINE (GLY ou G) OU GLYCOCOLLE : o Carbone alpha non asymétrique : seul acide aminé non chiral o Le + petit de tous o Chaîne latérale réduite : flexibilité des chaînes protéiques 🡪 repliement fort des P se trouve souvent là où il y a des boucles ou des coudes -> assez abondant dans les protéines. o Précurseur de synthèses : purines, hème, choline 🡪 acétylcholine (contraction muscu). Rôle métabolique. Les lipides sont fabriqués à base d’acide aminés. ALANINE (ALA ou A) : 4 o Méthyle (mol qui repoussent l’eau =groupement hydrophobe) 🡪 l° simples 🡪 libre rotation pour la chaine latérale 🡪 acide aminé asymétrique o Fréquente dans les P o Vides d’eau (X en contact avec eau car très hydrophobe) o AA abondant dans les protéines VALINE (VAL ou V) * : o branché = fourche avec 3 carbones (isopropyl). Assez encombrante. o Hydrophobe 🡪 situé à l’intérieur des P. Un des plus hydrophobes. o AA essentiel (pas synthétisé par l’organisme) 🡪 pdt évolution on a perdu la capacité de la fab o Apporter par alimentation : Lait, œufs + il y a de carbone et d’hydrogène, + devient hydrophobe LEUCINE (LEU ou L)* o CB et W : o Même fourche de carbones. Porte 2 méthyles o Structure de VDW : représente le mieux la réalité biologique de la molécule o Le + abondant dans les P (environ 10%), surtout dans les P de signal. → P sans eau (hydrophobes), fréquence AA 5% ISOLEUCINE (Ile ou I)* o Isomère de la leucine. o AA essentiel o Le méthyle est sur Beta au lieu de gamma. Isoleucine → 2e C* (on utilise 1 des 4 isomère = isoleucine biologique) 4 stéréo-isomères Val, Leu, Ile : ils ont des propriétés communes : 3 acides aminés très hydrophobes, encombrement stérique important Synthèse complexe : possèdent une fourche de 3 atomes de carbone, la synthèse de fourche est difficile, c’est déjà difficile de faire des liaisons carbone/carbone. Produit que par les plantes : dépendant de l’alimentation ⇒ aa essentiels. Absence des enzymes de synthèse chez l’Homme : aa essentiels. MÉTHIONINE ( MET ou M)* o Fonction méthyl thio éther : S entouré de 2 carbones o Acide aminé soufré o Donneur de radical méthyle pour les synthèses de molécules nouvelles. o S absorbé par Met = on peut alors absorber le soufre → Toutes les protéines commencent par une méthionine. 2) Cycliques : insaturées TRYPTOPHANE (TRP ou W)* : o Cycle Porté par un C β o 2 cycles accolés (hétérocycles) o Noyau indole o AA essentiel et rare mais vital pour le fonctionnement cérébral. = Précurseur du métabolisme de la sérotonine, hormone et neuromédiateur. 5 (Sert à la transmission dans les neurones) c’est un anti-dépresseur, joue un rôle dans le dvp du SNC, et dans le cycle sommeil/veille) o Dans le chocolat, œufs, noix de coco, banane PHENYLALANINE ( PHE ou F)* : o Phényl : que des C ≠ phénol : avec un OH (homocyclique) o Hydrophobe : à l’intérieur des P o Noyau phényle : très hydrophobe, le noyau est plan et peut tourner autour du C β. o Chaîne latérale encombrante o Sert souvent dans les sites actifs des enzymes, a diriger les molécules PROLINE (PRO ou P) : o Noyau pyrrolidine ! (pas une fonction imine !) o Amine IIR o Chaîne peut se replier sur elle-même au niveau de l’amine X double liaison : le cycle n’est pas plan. → X de l° π = pas d’absorption. X rotation entre l’azote et le carbone α = saturé → Rigidité de la chaîne protéique = existence d’un angle (toujours présent) => coude « proline » = effet majeur sur structure 3D des P B/ Chaînes latérales polaires, hydrophiles (liaison avec l’eau de type hydrogène ou ionique du côté de l’amine) 1) Neutres à pH physiologique : malgré la présence de charges locales) Neutre n’est jamais absolu car en fonction du pH on peut toujours les ioniser, neutre ne concerne pas le COOH et NH2. On ne parle que de la chaine latérale R. SÉRINE (SER ou S) : o Chaine latérale simple o Fonction OH primaire (🡪 entraîne polarisation de la mol) THÉRONINE (THR ou T)* : o OH secondaire o Sérine et thréonine peuvent être phosphorylées par des enzymes o 2 C* : 4 stéréo-isomères → mais 1 seul est utilisé par le vivant. o + encombrant surface de VDW → Acides aminés à fonction OH Peuvent être modifiés dans P : phosphorylation (Sérine, Thréonine, Arginine), O-glycosylation (on fixe une chaine de glucide sur l’oxygène de cette fonction alcool) (Serine thréonine) => on O-glycolise seulement les AA à l’intérieur des protéines => pas les libres L° phospho ester donne de nv propriétés + charges négatives aux sérines Modifications post traductionnelles TYROSINE (TYR ou Y) : o Polaire →la fonction phénol, groupement phényl. o Le grt OH (pas alcool mais phénol) peut se dissocier ds Ph physiologiques o Tyrosine : tyros = fromage (on la retrouve dedans) o pKa (phénol) : 10,5 A pH = 7,4 → en pratique pas chargée 6 o Important dans l’organisme => permet de fabriquer un certain nbr d’hormone CYSTÉINE (CYS ou C) : o Beaucoup plus polaire o Fonction thiol => très proche de la fonction alcool = tout ce qui se passe avec les alcools peuvent se passer avec les thiols. o Dissocient facilement o pKa de 8 o A pH 7 on a 10% AA qui est chargé, dissocié - (% de dissociation) ASPARAGINE (ASN ou N): o Fonction amide (dérivée de COOH) : non chargée NH2 + =O o Asperge = 1er AA découvert (1806) o Amide de l’aspartate (acide aspartique) o Modification dans les protéines : N-glycosylation ⇒ formation de N glycanes. GLUTAMINE (GLN,Q) : o Fonction amide = asparagine mais + 1 C o Acide aminé le + abondant dans le sang o Transporteur de l’azote (des autres AA) de l’ammoniac car l’ammoniaque est très toxique et l’organisme le fixe sur l’acide glutamique. o Précurseur de la synthèse de l’urée dans le foie (ammoniac) 2) Chargés : En fonction du pH ces charges se modifient, on parle donc au pH physiologique qui est de 7) *BASIQUE* : LYSINE ( LYS ou K) : o AA basique. o pKa de la fonction ε amine : 10,5 o La chaîne latérale est en pratique toujours chargée en milieu physiologique (à pH 7) ARGININE (ARG ou R) : o AA le + gros. o AA qui porte le + d’azote o Fonction guanidinium (très riche en N (3)) + insaturée o Délocalisation de la double liaison = en fonction de l’environnement on a un blocage o Il est réactif = création de l° de coulomb 7  HISTIDINE (HIS ou H) : o C’est un hétérocycle, 3C, 2N (dont 1 N chargé au pH de 7) 2 dbl l°. o Cycle imidazole. o AA encombrant o AA présent dans les ez car réactivité très importante o Chargée mais : le pKa (cycle imidazole)= 6 : proche de 7 donc il peut vite changer o A pH = 7 : 10% de forme non protonée (90% de forme protonées) o Sur site actif des enzymes → log (dissocié/non dissocié) ici le dissocié n’a pas de charges mais d’habitude c’est l’inverse *ACIDE* : ACIDE ASPARTIQUE = ASPARTATE (ASP ou D) : o AA le + acide (pka le + bas) → Porte une fonction acide carboxylique COOH qui lui donne son acidité, c’est donc un diacide. o La forme dissociée présente dans le milieu biologique est l’aspartate car le pKa de la fonction acide est de l’ordre de 2. Cet acide est donc toujours dissocié à pH physiologique. o = molécules COOH très hydrophiles et très chargées ACIDE GLUTAMIQUE = GLUTAMATE (GLU ou E) o 1C en + de l’aspartate, mm propriétés mais un peu – acide (car + long) Rôle métabolique important : Plaque tournante du métabolisme des AA : réaction de transamination ⇒ Rôle dans le transport de l’azote des AA. Catalysé par des enzymes spécifiques d’un AA. Pour cette réaction on a besoin d’un AA quelconque et d’un AA organique, et on peut fabriquer un cétoacide de cet AA = on transfère l’amide de cet AA sur le 2 cétoglutarate pour faire le glutamate. Transformer un AA en un composé qui ne contient plus d’azote Là où il y avait la fonction amine devient une cétone. La réaction peut aller dans les 2 sens. Les enzymes s’appellent des transaminases (présentes dans le foie). On fait passer tous nos AA sur cet acide. Le glutamate peut capter un 2ème NH2 pour former 1 amide => la glutamine o Neuromédiateur : conduction info entre les 2 rôles (surtout ds le cortex cérébral) = 80-90% des synapses se font avec le glutamate (acide glutamique) Neuromédiateur excitateur : entraine dépolymérisation, permet activité d’éveil o Dégradation des AA (ci-dessus) 8  Cas particulier : SÉLÉNOCYSTÉINE ( SEC ou U) : Très peu abondante (avant dernier AA découvert) o Atome de sélénium (rare sur Terre) mais vital= protection contre les radicaux oxygénés o Dissociée à Ph physiologique = le proton part o La majorité de Se est sous forme Se- o Dérivé de la Sérine o Synthèse en co trad sur l’ARNt (ARN de transfert = Acide nucléique qui va servir à capturer les acides aminés pour les apporter sur l’appareil de synthèse des protéines) : on y fixe de la sérine sur l’ARNt de la séléno = transformation sérine 🡪 sélénocystéine (remplace O par sélénium) o Source : plantes, viande o Site actif d’enzymes indispensables, ex : glutathion peroxydase = protège des Radicaux libres dans réactions d’oxydoréduction 🡪 Déficit en sélénium = maladies cutanées (peau) Ile : le + hydrophobe Arg Lys Asp et Glu : sont les + hydrophiles Tyr et Cys : sont intermédiaires car amphiphiles (hydrophiles et hydrophobes) Probabilité de présence des aa sur la protéine, en fonction de leur hydrophilie : Classement important car il prédit la position moyenne des AA dans les protéines, les hydrophobes sont à l’intérieur des protéines et les hydrophiles en surface des protéines. Mais cette notion d’hydrophile et hydrophobie n’est pas une notion absolue, cela dépend d’expériences. Il existe des échelles d’hydrophobie. (H2O chloroforme) = X science exacte V. Propriétés particulières : A/ Formation de la cystine (cystine = 2 cystéines) : Cystine hydrophobe : 9 Les ponts disulfures résultent d’une oxydoréduction entre 2 cystéines. Qui font donc perdre de l’H de leur fonction thiol et permettent une liaison entre les deux souffres, cette liaison s’appelle liaison disulfure = l° cov Dans la l° disulfure on peut la rompre facilement on réduisant la fonction. Cette liaison permet de faire des boucles et de rapprocher des zones éloignés ⇒ forme 3D. Cette cystine est hydrophobe. On la favorise ds 1 environnement réducteur : ⇨ Réduction de la cystine : On peut reformer les deux cystéines en mettant un réducteur : β mercapto éthanol, qui permet de redonner de l’H qui permet de couper la liaison disulfure. On obtient une dénaturation de la protéine : on modifie la structure 3D. Ces cystéines et cystines sont fabriquées par les enzymes dans les cellules et sont mises en place après la synthèse de la protéine : modification post traductionnelle. Il fournit 2 e- et 2H+ pour rompre le pont. B/ Phosphorylation de la sérine : Post traductionnel, a lieu quand on a une fonction alcool. On augmente la taille de l’acide aminé, on aura une liaison phosphoester, elle est catalysée par une enzyme qui est une kinase qui utilise l’ATP, a un rôle très important pour modifier la taille de la protéine et surtout sa charge car l’acide phosphorique (triacide) va se dissocier en diacide. On aura un AA avec une grosse molécule d’acide phosphorique et on rajoute 2 charges – par la phosphorylat° qui ont un rôle au niveau des propriétés catalytiques. → On veut empêcher la phosphorisation dans les cancers Cette modif° se fait sur la P où est incorporée notre sérine Cette phosphosérine peut être reformatée en sérine grâce à une phosphatase, et on récupère le phosphate et une fonction OH sur l’aa. Cet acide phosphorique vient de l’ATP ( pas libre). Cette réaction consomme de l’énergie pour activer des protéines= modifier les structures. (L’effet dépend de la protéine) Ces réactions de phosphorylation se produisent souvent en cascades. C/ Autres acides aminés : Dérivés AA = neuromédiateurs ou hormones Cet acide comporte une fonction acide carbo. C’est un acide γ aminé, les 2 fonctions (COO- et NH3+) sont éloignées l’une de l’autre. Le valium (antidépresseur) est similaire au GABA = forme décarboxylée du glutamate Fabriqué à partir du glutamate, qui est un AA commun, le glutamate est aussi un neuromédiateur car il forme 90% des neuromédiateurs excitateurs Le GABA devient un neuromédiateur du cerveau, inhibiteur (empêche neurone de fonctionner, on régule et on évite les épilepsies) → Enleve le COO- pour fabriquer le GABA, le GABA est donc une production de décarboxylation du Glu par le glutamate décarboxylase. En 1 seule réaction chimique on transforme le neuromédiateur excitateur le + abondant en neuromédiateur inhibiteur (majoritaire) 10  GABA très imp en maladie pshychiatrique D/ Notion d ’AA essentiel : Chez les mammifères on ne peut pas faire les fourches de carbone. AA essentiel : doit être apporté par l’alimentation AA non essentiel : peut-être synthétisé de novo grâce aux lipides ou oses par exemple Phe, Trp (très cycliques) Val, Leu, Ile (aliphatiques, fourches) Lys, Thr, Met (AA complexes) « Le Très Lyrique Tristan Fait Vachement Méditer Iseult » VI. Analyse et dosage des acides aminés : Intérêt médical du dosage des AA : dosage dans : o Le sang : surtout plasma (non coagulé) ou sérum (coagulé) o Les urines o LCR (liquide céphalo-rachidien) On les dose pour les maladies du foie ou du rein Ex : Phénylcétonurie : Une des maladies du métabolisme des acides aminés les + fréquente Manque enzyme qui permet le blocage de la dégradation de la phénylalanine = Déficit en phénylalanine hydroxylase Maladie autosomale récessive : mutations du gène de la phénylalanine hydroxylase (12q24) (gène présent sur les 2 chromosomes (père et mère)) => pour être malade il faut les 2 chr portent un gène muté. Autosomal = chr non sexuel Fréquence : 1 naissance /10 000 en Europe occidentale (Région centre 30000 naissance/an donc chaque année 3 cas) Dégradation de la phénylalanine : Pour faire cette réaction il faut du dioxygène, et 2 atomes d’hydrogène AA dont on a tellement besoin 🡪 source de maladie D’autres enzymes non propres à la Phe vont changer la Phe en dérivés toxiques On pense qu’elle est néfaste pour le cerveau = on la régule beaucoup Quand on divise par 5 = on a des troubles → Conséquences du blocage enzymatique o Augmentation de la phénylalanine plasmatique (de 60 µmol/L à plus de 1000) o Augmentation de métabolites anormaux dans les urines (ac phényl-lactique, ac phénylacétique…) o Naissance : normal (car dans le ventre, la maman compense se manque) o Installation d’un retard mental profond et épilepsie (progressif), troubles, crises d’agressivité, très handicapant, X apprentissage → Détection et traitements : o Dépistage obligatoire à la naissance (1972) 11  o Goutte de sang au talon sur buvard => labo (examen) mesurer la concentration en Phe, si trop élevée = prélèvement sanguin en +, diagnostic etc... o Traitement préventif : régime pauvre en Phe jusqu’à la fin de l’adolescence. (Interdiction viande, poison, œufs) → Aliments spéciaux créés → Tant que SNC se développe (jusqu’à 18 ans à peu près) = après on arrête. Autres explications : En vrac : Le β-mercapto-éthanol sert à réduire, dénaturer les P, en fournissant 2 e- afin de séparer les 2 Cys d’une cystine et ainsi rompre la liaison di-S (pont). ▪ L’oxydation sert capte des é et à former la liaions pont disulfure ▪ La réduction permet de rompre le pont disulfure Acide Phosphorique = Tri-acide = 3 OH pouvant se dissocier (caractére acide) avec un P au milieu ; il est fournit par de l’ATP. Liaison phospho-esther Ser-POH2 = résultat de la Phosphoesterification d’une Ser. ⇨ Modification post-traductionelle extrêmement importante pour la fonctionnalisation d’une molécule. Il existe de nombreux médicaments ( inibiteur de kinase ) ont pour but d’empêcher la phosphorylation importante dans les cancers, par les kinases en particulier dans les leucémies et les cancers digestifs. - les liaisons pyrophosphates des acides nucleique : bcp d’énergie Dérivé d’AA = Acide ϒ-Amino-butyrique (GABA = Gamma Amino Butyric Acid) : - C’est un A-γA qui dérive de la décarboxylisation du Glu (glutamate décarboxylase) ( transforme l’acide alfa carboxylique en hydrogène par un C02 , modulation par les benzodiazépine ( le pays en fr qui en consomme le +) - GABA = neuromédiateur inhibiteur// Glu = neuromédiateur excitateur Parmis les 21 AA présents dans l’organisme Humain : - Les essentiels sont ceux que nous ne pouvons pas synthétiser, obtenus par alimentation animale et végétale : Leu, Thr, Lys, Trp,Phé, Met, Val, Ile, - Les non essentiels, par contre, sont ceux que nous sommes capables de synthétiser de novo (à partir de molecule simple comme du glucose) On peut doser les AA du métabolisme dans le sang (plasma) , les urines, ou le LCR dosage par spectrométrie de masse. Pathologie : la phénylcétonurie maladie métabolique la + fréquente La Phénylcétonurie se caractérise par l’absence de Phénylalanine-hydroxylase, enzyme de dégradation de la Phé qui la transforme en Tyr par l’O2 dissout. C’est une maladie autosomale récessive (= les 2 gènes doivent dysfonctionner), donc une maladie rare. En temps normal, 75% de la Phé alimentaire est ainsi transformée (Phé essentiel → Tyr non essentiel), mais là, la Phé se différencie plutôt en Acide Phénylpyruvique qu’en Tyr. Ce blocage enzymatique entraine : - Normalement 60 µmol.L-1. ; malade : taux de Phé > 1000 µmol.L-1. - une installation progressive de troubles de developpements du SNC (épilepsies, crises de violence, retard mental profond, manque de concentration, …) - Une augmentation de métabolites anormaux dans les urines ⇨ C’est elle qui vaut l’inspection de la goutte de sang prélevée au talon du bébé sur un papier buvard à sa naissance (depuis 1972). Il existe un traitement préventif qui est un régime pauvre en Phé jusqu’à la fin du developpement du SN (15, 16, 18 ans). 12