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Structure des acides aminés, peptides et protéines I - Les acides aminés Définition Importance biologique Propriétés Classification II - Les peptides et protéines Définitions Importance biologique Classification La liaison peptidique, structure primaire Structure...

Structure des acides aminés, peptides et protéines I - Les acides aminés Définition Importance biologique Propriétés Classification II - Les peptides et protéines Définitions Importance biologique Classification La liaison peptidique, structure primaire Structure secondaire Structure tertiaire Structure quaternaire Pr. JP Feugeas 1  I – Les acides aminés Définition des aa Chaîne latérale R Fonction acide CH2 aCH COO- NH3 + Fonction amine Masse moléculaire moyenne @ 110 Da 2  Importance biologique des aa - Structurale, constitution des protéines 20 aa - Energétique, substrat énergétique - Métabolique, Précurseurs de composés azotés /ex Histidine -> histamine Tryptophane -> sérotonine Phénylalanine -> dopamine - Fonctionnelle, /ex neuromédiateurs tel que l’acide glutamique Apportés par l’alimentation ou synthétisés par la cellule. Ceux qui doivent être obligatoirement apportés par l’alimentation = aa indispensables (essentiels) Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Thr, Lys AAI Gln,Tyr,Cys,Arg, His AAI chez l’enfant ou au cours de l’allaitement 3  Propriétés physicochimiques des aa Isomérie optique des aa L’atome de carbone a est un centre chiral. Les aa naturels sont de la série L (mais le plus souvent dextrogyre). COO- COO- H3 N+ C H H C H3 N+ CH3 CH3 L-Alanine D-Alanine Les 2 stéréoisomères sont dits énantiomères 4  Spectre d’absorption des aa Absorption dans les UV : l < 230 nm (peu spécifique) Les aa aromatiques ont une absorption plus spécifique, l = 260 ou 280 nm Absorption Trp Tyr Phe 240 260 280 l (nm) L’absorption lumineuse est proportionnelle à la concentration des molécules -> Application à la détection et au dosage des aa et peptides 5  Le caractère amphotère Les aa sont amphotères 1 fonction acide (-COOH) + 1 fonction basique (-NH3+) pK = pH de demie-dissociation d’un groupement = pH du milieu pour lequel 50% du groupement est dissocié pKR variable pKa @ 2 CH2 aCH COOH b + NH3 pKb @ 9,5 Point isoélectrique (pHi) = pH du milieu pour lequel l’aa (en solution tamponnée) a une charge nette nulle (Z = zwitterion) 6 6  Courbe de titration d’un acide aminé monoaminé et monocarboxylique pH COO - R CH 50% de Z pKb ~ 9,5 A- NH2 50% de A- COO - pKa + pKb 100% de Z pHi ~ 6 R CH pHi = Z 2 NH3+ 50% de Z pKa ~ 2 50% de A+ COOH Equivalents OH- R CH A+ NH3+ 7  Solubilité des aa Rappel: polarité et hydrophilie d- H H H Cl d+ Non polaire Polaire Liaisons hydrogène Les aa libres sont en général d- d+ solubles du fait de la présence d- H R H O des groupements carboxyliques O et amines. NB : Solubilité minimale au pHi d+ H H d+ O d- H 8  Classification des aa Selon la structure ou la polarité de la chaîne latérale H H Non polaire -> hydrophobe Interaction hydrophobe H Cl d- d+ Polaire -> hydrophile Liaison hydrogène Liaison ionique Forces de Van der Waals : -NH3+ -OOC interactions de faible force entre dipôles 9 Glycine, Glycocolle COO- ~ Pas de chaîne latérale Gly « hydrophobe», flexibilité H C H NH3+ 1 - Chaîne latérale hydrophobe Alanine Valine Isoleucine Leucine Ala Val Ile Leu Methionine, Met Phénylalanine, Phe Proline, Pro Tryptophane, Trp 10  Alanine Valine Ala Val COO- COO- CH3 H C CH3 H C CH NH3+ CH3 NH3+ Leucine Isoleucine Leu Ile COO- CH3 COO- CH3 H C CH2 CH H C *CH CH2 CH3 NH3+ CH3 NH3+ 11  Methionine COO- Met H C CH2 CH2 S CH3 NH3+ COO- Proline, Pro, P CH2 H C Amine secondaire CH2 NH2+ CH2 12  COO- Phénylalanine H C CH2 Phe NH3+ Phényle COO- Tryptophane H C CH2 Trp NH3+ N H Indole 13 2 - Chaîne latérale polaire mais non chargée (à pH 7) Tyrosine, Tyr Sérine, Ser Thréonine, Thr Asparagine, Asn, N Groupement amide Glutamine, Gln Cystéine, Cys (ponts disulfures) 14  Tyrosine, Tyr COO- H C CH2 OH NH3+ Noyau phénol pKR @ 10,5 COO- H C CH2 OH Sérine NH3+ Ser COO- * H C CH CH3 Thréonine NH3+ OH Thr 15  Asparagine, Asn, N COO- O H C CH2 C amide NH2 NH3+ Glutamine, Gln COO- O H CH2 CH2 C amide C NH2 NH3+ 16 Cystéine, Cys COO- CH2 CH2 Oxydation H C CH2 SH S SH NH3+ Thiol S SH Réduction CH 2 CH2 17  3 - chaîne latérale polaire chargée à pH 7 - AA « basiques » (pHi > 7): Lys, Arg, His COOH Lysine, Lys - pKa = 2,2 COO pKR = 10,5 H C CH2 CH2 CH2 CH2 NH3+ NH3+ pKb = 9,1 NH2 NH2 pKb + pKR pHi = @ 9,8 2 18  Arginine, Arg guanidinium pKa = 1,8 COO- NH2 à pH 7 H C CH2 CH2 CH2 NH C + NH3+ NH2 pKb = 9 pKR = 12,5 pKb + pKR pHi = ~ 10,8 2 19  Courbe de titration de l’arginine COO- NH2 pH A- H C (CH2)3 NH C NH2 NH pKR = 12,5 COO- NH2 pHi = 10,8 Z H C (CH2)3 NH C + pKb = 9 NH2 NH2 COO- NH2 A+ H C (CH2)3 NH C + NH3+ NH2 pKa = 1,8 NH2 COOH + Equivalents OH- A 2+ H C (CH2)3 NH C NH2 NH3+ 20 20  Histidine, His COOH pKa = 1,8 COO- Imidazole N H C CH2 N pKR = 6 NH3+ H pKb = 9,3 NH NH2 N + H pKb + pKR pHi = @ 7,6 2 21  - AA « acides » (pHi < 7) : Asp, Glu Acide aspartique, Asp COOH pKa + pKR pKa = 2 pHi = @ 2,8 COO- 2 H C CH2 COO- pKR = 3,9 NH3+ pKb = 9,9 COOH NH2 22 Acide glutamique, Glu pKa + pKR COOH pHi = ~ 3,2 pKa = 2,1 2 COO- H C CH2 CH2 COO- pKR = 4,1 NH3+ pKb = 9,5 COOH NH2 23  4 – Autres acides aminés - AA présents seulement dans certaines protéines 4-OH-proline et 5-OH lysine du collagène Sélénocystéine de la glutathion peroxydase - AA non constitutifs des protéines - Ornithine, citrulline - Acide g-aminobutyrique (GABA), Neuromédiateur inhibiteur 24  II - Les peptides et protéines Définitions, structure primaire Importance biologique, synthèse et devenir Classifications Structures secondaires Structures tertiaires Structures quaternaires 2525  Définitions, structure primaire Peptide = 1 chaîne d’aa (< 100 aa) reliés par une liaison peptidique Liaison peptidique: liaison amide, formée lors de la traduction des ARNm (ou pour les petits peptides parfois par synthèse métabolique). H R1 H H H N C C OH + H N C C OH H O H2 O R2 O H R1 H H Extrémité Extrémité N-terminale H N C C N C C OH C-terminale H O R2 O 1 2 26  La liaison peptidique, structure La distance C-N est plus courte que pour une liaison simple typique ® caractère de double liaison partielle H H Résonance C N C N+ O O- Les 4 atomes de l’amide sont dans le même plan (avec les deux carbones a, il y a 6 atomes qui sont dans le plan de la liaison peptidique) Liaison covalente qui rend stable in vitro les peptides et protéines (si absence de peptidases ou protéases). 27 -> Les 4 atomes de l’amide sont dans le même plan (avec les 2 Ca, il y a 6 atomes qui sont dans le plan de la liaison peptidique) -> Liaison covalente qui rend stable in vitro les peptides et protéines (si absence de peptidases ou protéases). -> Rigidité, mais rotation possible autour du Ca Angles f et y Remarque : cas particulier de la proline (rotation f bloquée) 28 Protéines = enchaînement linéaire d’acides aminés (> 100 aa) La séquence est la structure primaire si n = nombre d’aa de la séquence, 20n possibilités Chez l’homme ~ 22 000 gènes, > 22 000 protéines différentes Il peut y avoir plusieurs chaînes protéiques associées Ce sont souvent des glycoprotéines; Association possible avec des lipides (lipoprotéines) et des ARN (cf ribonucléoprotéines) 29  Importance biologique, synthèse et devenir des protéines Importance quantitative : ≈ 50% du poids sec des cellules. Le métabolisme de l’azote ≈ celui des protéines (N = 16% de la masse des protéines) Importance fonctionnelle : Toutes les activités cellulaires impliquent des protéines → Rôles physiologiques : protéines de support, enzymes, transporteurs, protéines de stockage, anticorps, protéines contractiles, hormones..etc.. → Rôles pathogènes : maladies génétiques, certaines maladies infectieuses (toxines, prion...)… 30 - Synthèse des protéines: dans le reticulum endoplasmique, traduction de l’ARNm; NB: importance du « 2ème » nucléotide 31 Modifications post-traductionelles - Glycosylation: = glycoprotéines fixation de chaînes glucidiques ramifiées sur la chaîne peptidique en cours de synthèse - Phosphorylation - Clivages /expl: les protéines excrétées /expl: POMC 32 Dégradation des protéines: - extracellulaire (plasmatique) - intracellulaire. Régulation +++ /ex. signal de dégradation par l’ubiquitine (Ub) 33  Classifications des protéines Suivant la composition : Holoprotéines : uniquement aa. Hétéroprotéines : aa + partie non protéique = partie prosthétique (/ex: hème de l’hémoglobine) Suivant la forme : Protéines fibreuses (ou scléroprotéines) : /ex : kératine a, fibroïne de la soie, collagène… Protéines globulaires (ou sphéroprotéines) : /ex : protéines avec « doigts à zinc », Immunoglobulines, hémoglobine, enzymes.... rapport axial