Les acides aminés - Tutorat Santé - PDF

Professeur Galmiche 12/09/2023 BIOCHIMIE LES ACIDES AMINÉS I – Introduction et généralités sur les acides aminés Les acides aminés sont composés :...

Professeur Galmiche 12/09/2023 BIOCHIMIE LES ACIDES AMINÉS I – Introduction et généralités sur les acides aminés Les acides aminés sont composés : o d’un carbone α lié à : ✔ une fonction amine (-NH2) ✔ une fonction acide carboxylique (-COOH) Structure générique des acides aminés o d’une chaîne latérale R qui varie d’un acide aminé à l’autre Les protéines sont constituées de 20 AA naturels dits protéogènes (différenciés par la chaine latérale) Structural : 20 acides aminés naturels entrant dans la composition des protéines (=substrat énergétique) Métabolique : transport et élimination de l’azote sous forme Rôles très divers d’urée et métabolisme énergétique comme substrat (cycle de des acides Krebs) aminés Médiateurs/neuromédiateurs : exemple dans le SNC (système nerveux central) = amines biogènes dérivées des acides aminées de façon endogène Acide glutamique Glu E Acide aspartique Asp D Alanine Ala A Nomenclature Arginine Arg R Asparagine Asp N Cystéine Cys C 1/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Glutamine Glu Q Glycine Gly G Histidine His H Isoleucine Ile I Leucine Leu L Lysine Lys K Méthionine Met M Phénylalanine Phe F Proline Pro P Sérine Ser S Thréonine Thr T Tryptophane Trp W Tyrosine Tyr Y Valine Val V Application de la nomenclature : Mucoviscidose = maladie génétique la plus connue dans la population caucasienne : due à une mutation ΔF508 du gène CFTR - Δ : Délétion - F : phénylalanine → Délétion d’une phénylalanine en position 508 Cancer (mélanome malin) : dans 50% des cas cela concerne la mutation BRAF V600E (la plus fréquente sur cet oncogène) o Remplacement d'une valine (V) par un acide glutamique (E) Les végétaux possèdent la capacité de fixer l’azote o production d’ammoniaque et donc d’acides aminés Les Hommes ne possèdent pas la faculté de fixer l’azote Origine des o apport principalement alimentaire sinon risque de acides aminés carence 2/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Il y a donc 8 acides aminés essentiels : - Valine - Leucine - Isoleucine - Phénylalanine - ​Tryptophane - Thréonine - Lysine - Méthionine L’Homme ne peut pas fabriquer ces acides aminés Astuce mémo pour les connaître : Le Très Lyrique Tristan Fait Vachement Marcher Iseult Autres acides aminés éventuellement requis selon les situations physiologiques et pathologiques : glutamine/ arginine/ histidine Astuce mémo pour apprendre les acides aminés : vous pouvez utiliser l’application «quizz 😉 acides aminés» ou « amino acids quizz ». Cela vous permettra de les retenir tout en s’amusant 3/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 II – Structure et classification des acides aminés : Les acides aminés peuvent être classés selon : Introduction o leur structure o la polarité Les acides aminés aliphatiques : ✔ aliphatique = chaîne carbonée ouverte (≠aromatique) Formule chimique Structure Rôle biologique Glycine ✔ Le plus simple ✔ Peu G des acides aminés encombrant Gly ✔ Pas de carbone donc facilite asymétrique le ✔ Faible repliement encombrement des stérique protéines Alanine ✔ R = CH3 ✔ Flexibilité A ✔ Faible structurale Ala encombrement stérique ✔ Hydrophobe Valine ✔ Branché donc ✔ Essentiel V essentiel Val ✔ Hydrophobe car fort encombrant Leucine ✔ Branché donc ✔ Essentiel L essentiel Leu ✔ Hydrophobe car fort encombrant Isoleucine ✔ Branché donc ✔ Essentiel I essentiel Iso ✔ Hydrophobe car fort encombrant ✔ 2 carbones asymétriques NB : acides aminés branchés = acides aminés à chaine latérale ramifiée ✔ Pas de synthèse chez l’homme donc essentiels Classification 4/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) structurale Professeur Galmiche 12/09/2023 Les acides aminés aromatiques : ✔ aromatiques = acides aminés à structure cyclique Formule Structure Rôle chimique biologique Tryptophane Noyau indole Essentiel W Très Trp hydrophobe Phénylalanine ✔ Noyau phényl ✔ Essentiel F Phe Tyrosine ✔ Très Donne de Y hydrophobe nombreux Tyr Tyrosine : issu dérivés de (dopamine / l’hydroxylation mélanine / Hormones de la thyroïdiennes) phénylalanine par la phénylalanine hydroxylase ✔ NB : Phe et Tyr sont impliqués dans de nombreux métabolisme (synthèse de la mélanine, ​hormones thyroïdiennes, catécholamines…) 5/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Les acides aminés dicarboxyliques ou acides : ✔ Rôle : introduisent des charges négatives​supplémentaires dans les protéines ✔ Structure : possèdent 2 fonctions acides (COOH) Formule Caractéristique Charge globale chimique (à pH physiologique) Aspartate ✔ Le plus acide des ✔ Négative D acides aminés Asp ✔ Précurseur des bases pyrimidines Glutamate ✔ Précurseur de GABA ✔ Négative E ✔ Plaque tournante du Glu métabolisme mitochondrial (mécanisme de transamination) ✔ Important dans l’énergétique cellulaire Les acides aminés amides : ✔ Origine : Dérivent des acides aminés acides par amidification (remplacement d’un groupement -OH de la fonction acide carboxylique par -NH2) Structure chimique Rôle biologique Asparagine ✔ Site de N-glycosylation (modification N post-traductionnelle) Asn ✔ Transport d’azote dans le sang (dans une moindre mesure) 6/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Glutamine ✔ Transport d’azote dans le sang ++ Q ✔ Très abondant dans le sérum Gln ✔ Charge globale (à pH physiologique) : neutre Les acides aminés dibasique ✔ Structure : Possèdent 2 fonctions basiques et une fonction acide carboxylique (COOH) ✔ Rôle : introduisent des charges positives supplémentaires dans les protéines ✔ Rôle : métabolisme Formule Structure Rôle biologique Charge globale chimique (à pH physiologique) Lysine ✔ pK voisin de ✔ Positive la neutralité K →charges Lys réversibles et régulation des protéines Arginine Noyau ✔ Intermédiaire ✔ Positive guanidine du cycle de R l’urée (son Arg hydrolyse donne l’urée et l’ornithine) 7/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Histidine Noyau ✔ Précurseur de ✔ Positive imidazole l’histamine H His Les acides aminés alcools : ✔ Structure : possèdent des fonctions -OH dans le radical Formule Structure Caractéristiques chimique Serine ✔ Alcool ✔ Modifications primaire post-traductionnelles S (phosphorylation/ Ser O-glycosylation) Thréonine ✔ Alcool ✔ Modifications secondaire post-traductionnelles T ✔ 2 carbones (phosphorylation/ Thr asymétriques O-glycosylation) ✔ Rôle : les fonctions alcool permettent des modifications post-traductionnelles (phosphorylation) ✔ NB : Phosphorylation = ajout d’un groupement phosphate (PO43-) par une kinase O-glycosylation = ajout d’un sucre sur un alcool Les acides aminés soufrés : ✔ Structure : possèdent un atome de soufre dans le radical Permet de créer des ponts disulfures Formule Structure Caractéristiques chimique 8/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Cystéine ✔ Fonction ✔ Rôle thiol (-SH) important C ✔ Formation dans la Cys de ponts conformation disulfure 3D des en cas protéines d’oxydation Méthionine ✔ Fonction ✔ Donneur de thioéther maillon M méthyl Met (-CH3) Iminoacide : ✔ Structure : possède une fonction imine Formule chimique Structure Rôle biologique Proline ✔ Hétérocycle ✔ Rigidité et​ P dans la chaîne formation Pro latérale qui d'un coude​ relie le NH2 → impact au Cα​→ ​ Pas structural de rotation sur les libre entre peptides et NH2 et le Cα protéines Polarité = caractéristique décrivant la répartition des charges négatives et​positives dans un dipôle. ✔ L’H2O, le solvant du vivant, est une molécule polaire NB : Plus une molécule est polaire plus elle interagira avec l’eau → elle est hydrophile (≠hydrophobe qui signifie que la molécule est apolaire) Acides aminés polaires = Acides aminés apolaires = Classification selon la hydrophiles hydrophobes polarité de la chaîne (AA aliphatiques + latérale aromatiques(les plus hydrophobes) + pro et met) Non ionisables Ionisables (acides et (alcool + basiques) Les amide + cys) plus hydrophiles 9/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Cystéine Glutamate Alanine Serine Aspartate Valine Thréonine Lysine Leucine Asparagine Arginine Isoleucine Glutamine Histidine Proline Méthionine Tryptophane Phénylalanine Tyrosine ✔ Le caractère polaire ou apolaire des AA ​définit les modalités d’interaction avec les solvants Chaine polaire et ionisables = hydrophile ≠ Chaine apolaire = hydrophobe ✔ NB : les acides aminés aromatiques sont très hydrophobes III – Propriétés physicochimiques des acides aminés Tous les acides aminés possèdent ​au moins un carbone asymétrique noté C*,​​sauf la glycine → ils ont donc ​deux stéréoisomères D ou L Stéréoisomères ✔ Chez les eucaryotes, les acides aminés naturels sont de ​conformation ​L​ Comme toutes molécules, les AA absorbent la lumière avec une spécificité selon la longueur d’onde du rayonnement incident ✔ Le spectre d’absorption des ​3 AA aromatiques (Phe, Tyr, Trp)​a la particularité de présenter un Spectre pic d’absorption à 280 nm (correspondant d’absorption des aux uv) acides aminés Intérêt : Un spectre à 280 nm permettra de doser les protéines et les AA quand il n’existe pas d’autres molécules absorbant la lumière UV à cette longueur d’onde (acides nucléiques par exemple), peut servir à la purification des protéines) Tous les AA ont au moins ​2 groupes ionisables​: ce sont donc des ​amphotères (=molécule possédant 2 groupes chargés) : - COOH → COO- - NH2 → NH3+ Ionisation et charges Au point Isoélectrique (pI) : les acides aminés sont des ​zwitterions = composés ​neutres​ possédant un ​nombre égal des charges électriques + et – ✔ PI = moyenne du pka + pkb Calcul du PI à un pH donné : 10/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 ▪ Pour fonction carboxylique : pH = pKa + log [COO-]/[COOH] ▪ Pour fonction amine : pH = pKb + log [NH3+] /[NH2] IV – Techniques d’étude des acides aminés La charge conditionne le fractionnement électrophorétique des AA ✔ L’électrophorèse permet la séparation des acides aminés selon leur charge Procédure : dépôt du mélange d’AA sur une plaque à pH fixe dans un ​champ électrique constant​ o pH > pI → AA chargé – donc migre vers l’anode (borne +) o pH = pI → AA non chargé donc pas de migration o pH < pI → AA chargé + donc migre vers la cathode (borne -) Electrophorèse Exemples (à pH physiologique soit 6-7) ▪ La lysine étant chargée positivement (AA basique), elle migrera vers la cathode (-) ▪ Le glutamate chargé négativement migrera vers l’anode (+) Chromatographie Correspond à un dépôt du mélange Séparation selon la des acides d’AA sur un support polaire polarité/l’hydrophobicité aminés 11/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 =chromatographie de (cellulose)​= chromatographie sur partage couche mince Mécanisme : Un mélange de solvant incluant un ​solvant apolaire​ (alcools) entraîne la migration des AA par ​capillarité ✔ Les AA migrent d’autant ​plus loin​ qu'ils sont ​hydrophobes → AA migrent peu : ce sont les plus hydrophiles ≠ AA migrent loin : ce sont les plus hydrophobes (= AA aliphatiques ou AA​ aromatiques) Les acides aminés sont révélés après oxydation à la ​ninhydrine​ ✔ Coloration ​violette des AA (sauf ​Proline​​=​jaune​) Mécanisme : affinité pour un matériau Séparation selon la chargé – ou + (selon que l’AA soit charge = anion ou cation) chromatographie L’élution est obtenue par variation du d’échange ionique pH V – Quelques dérivés d’AA o La décarboxylation permet la synthèse d’amines biogènes (comme l’adrénaline)​ ✔ Ce sont des réactions irréversibles et spécifiques d’un AA unique 12/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Précurseur Obtenu par Rôle / Caractéristiques GABA (acide Glutamate Décarboxylation par Principal gamma l’intermédiaire de neurotransmetteur aminobutyrique) l’enzyme GAD* du inhibiteur du système glutamate nerveux central (SNC) L-DOPA Tyrosine Hydroxylation par Précurseur de la mélanine l’intermédiaire de la = pigment biologique tyrosine hydroxylase foncé qui colore les téguments (peau et phanères) Dopamine L-DOPA Décarboxylation par Catécholamine (médiateur la L-DOPA du SNC) décarboxylase Noradrénaline Dopamine Hydroxylation Catécholamine (médiateur du SNC) Adrénaline Noradrénaline Méthylation Catécholamine (médiateur du SNC) 13/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Hormones Iodation de la Condensation Ajout de 3 iodes → thyroïdiennes tyrosine avec la obtention de T3 = TPO* → obtention trioiodothyroxine de MIT* ou DIT* Ajout de 4 iodes → obtention de T4 = tyroxine Histamine Histidine Décarboxylation par Neuromédiateur des histidine neurones des cellules ELC décarboxylase de la muqueuse digestive → réaction d’hypersensibilité immédiate (allergie) ❖ Légendes : ▪ GAD = glutamate acide déshydrogénase ▪ TPO = thyroperoxydase ▪ MIT = monoiodotyrosine ▪ DIT = diiodotyrosine ▪ La dopamine, l’adrénaline et la noradrénaline sont les principales catécholamines qui sont des médiateurs du SNC ✔ Toutes les catécholamines dérivent de la tyrosine NB : Un déficit en mélanine est responsable de l’albinisme VI – Métabolisme des acides aminés Synthèse des o Rôles des acides aminés : molécules - synthèse des protéines essentielles 14/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 - production d’énergie - synthèse de molécules essentielles ✔ Les bases Bases puriques (adénine / guanine) → Glycine / Glutamine / Aspartate Bases pyrimidiques (thymine / cytosine) → Glutamine / Aspartate ⮚ Servent à la synthèse d’ADN ✔ Autres molécules essentielles ▪ Glycine / Aspartate / Glutamate → sucres (ribose-5-phosphate) ▪ Serine → Lipides (phosphatidylsérine) ▪ Glycine → porphyrique (hème) o Les AA sont utilisés comme substrats énergétiques ⮚ Catabolisme énergétique et interconversion entre substrat possible notamment au niveau hépatique (foie) Catabolisme des acides aminés o Localisation de la réaction : mitochondrie​ ⮚ Le glutamate est un ​pivot du métabolisme énergétique hépatique o Glutamate déshydrogénase = enzyme mitochondriale​qui agit seulement sur le glutamate Désamination du o La désamination du glutamate donne de glutamate α-cétoglutarate(intermédiaire du cycle de Krebs, de l’ammoniac (NH3) et de l’énergie 15/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 → Or il n’y a pas de désamination directe possible des AA en dehors du glutamate ✔ On utilise la transamination des autres acides aminés pour former du glutamate qui sera ensuite désaminé ⮚ La transamination est donc la première étape d’utilisation des AA Exemple : transamination de l’alanine 16/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Bilan des réactions de transamination/désamination = énergie et ammoniac o Rappel : la phénylalanine donne la tyrosine par l’action de la phénylalanine hydroxylase donc pas d’accumulation de Phenylalanine o Normalement, il n’y a ​pas de transamination/désamination de la Phénylalanine ​car ces réactions portent sur la Tyrosine ⮚ La ​transamination de Phe est pathologique (car entraîne la production de​phénylpyruvate qui est un composé neurotoxique​) Un métabolisme particulier : la ⮚ Un déficit en ​Phé-hydroxylase phénylalanine (​ enzyme hépatique) provoque la phénylcétonurie qui est une altération génétique​relativement commune ​(1/15 000 naissances, 50 cas par an en France) La phénylcétonurie fait partie des ​cinq pathologies​dont le dépistage par le test de Guthrie est obligatoire → Le test de Guthrie est fait ​dans les trois jours suivant la naissance​ ⮚ Un apport alimentaire pauvre en phénylalanine prévient l’apparition des symptômes 17/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Attention : Ammoniac (NH3) ≠ Ammoniaque (NH4+) o Ammoniac (NH3) = neurotoxique ⮚ Urée = ​forme privilégiée d’élimination de l’azote car elle est ​faiblement toxique et très soluble​donc elle ne passe pas la barrière hémato encéphalique ⮚ Urée synthétisée par le foie (production hépatique) +++ ⮚ Urée éliminée par le rein +++ o Urée = ​synthétisée au niveau hépatique et éliminée par voie urinaire +++ o Arginine est le précurseur de l’urée sous l’action de l’arginase (enzyme hépatique) o L’hydrolyse de l’arginine détache la fonction guanidine et permet la formation d’urée et d’ornithine après l’élimination de 2 atomes d’azote Le cycle de l’urée : Elimination de l’azote o Correspond à un ensemble de réactions qui synthétisent l’arginine à partir de l’ornithine 18/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof) Professeur Galmiche 12/09/2023 Pathologie de l’uréogenèse : défaut du cycle de l’urée qui provoque une réduction de l’élimination de NH3 (toxique) et de glutamine ⮚ Conséquence : encéphalopathie ⮚ Causes : - Déficit génétique en enzymes du cycle de l’urée (par exemple l’ornithine transcarbomylase = OTC) : Traitement = greffe de foie - Insuffisance hépatocellulaire sévère (le plus fréquent) 19/17 Tutorat Santé (Version CORRIGÉ par le prof)