BIOCHIMIE STRUCTURALE 2 - UAC · 2020. 5. 5. · INTITULE DU COURS: Acides aminés et protéines UNITE D’ENSEIGNEMENT: Biochimie structurale I. IDENTIFICATION DU COURS Etablissement

BIOCHIMIE STRUCTURALE 2

Acides aminés et protéines

Professeur Latifou LAGNIKA

INTITULE DU COURS : Acides aminés et protéines

UNITE D’ENSEIGNEMENT: Biochimie structurale

I. IDENTIFICATION DU COURS

Etablissement (UFR) : Faculté des Sciences et Techniques

Domaine de formation : Sciences de la Vie et de la Terre

Mention : Chimie-Biologie-Géologie

Spécialité : Biochimie

Grade : L2

Semestre : 6

Masse horaire : 25 par groupe pédagogique (2 groupes pédagogiques)

Nombre de crédit : 1 par groupe pédagogique (2 groupes pédagogiques)

Nom et grade de l’enseignant responsable : Latifou LAGNIKA, PT

Nom et grade de l’enseignant à charge du cours : Latifou LAGNIKA, PT

II. DESCRIPTIF DU COURS

1.Objectifs

❖ Objectif général

Ce cours vise à permettre à l’apprenant de connaître l’unité de structure et de fonction sous-

jacente à la diversité biologique du monde vivant.

❖ Objectifs spécifiques

Identifier et Nommer les 20 (+1) acides aminés présents dans les protéines;

dessiner les structures des 20 (+1) acides aminés ;

Ecrire les symboles à 3 lettres et à une lettre de chacun des acides aminés courants;

Classifier les 20 (+1) acides aminés standards;

Décrire la contribution de chaque type du radical R des acides aminés standard à leur propriétés chimiques;

Donner les constantes de dissociation des groupements ionisables des acides aminés;

Décrire les propriétés physiques et chimiques des acides aminés ;

Décrire la polarité, la nomenclature et la structure des peptides ;

Connaître la classification des protéines et leurs importances biologiques;

Expliquer la reconstitution de la structure primaire d’une séquence peptidique (Edman, Sanger, DNFB, ….);

Décrire les méthodes chromatographiques couramment utilisées pour isoler les acides aminés et protéines.

A la fin du cours l’apprenant doit être capable de :

Identifier un acide aminé standard;

définir un peptide et une protéine ;

Décrire les bases structurales et l’utilité des acides aminés standards et protéines;

Définir les propriétés physiques et chimiques des acides aminés et des protéines;

Décrire les réactions caractéristiques des acides aminés et protéines;

Reconstituer la séquence d’un peptide.

2. Contenu du cours

BIOCHIMIE STRUCTURALE (Acides aminés, protéines )

Chapitre 1 LES ACIDES AMINES

Structure générale des acides aminés

Nomenclature des 20 acides α-aminés standards

Classification des acides α-aminés

Structure, localisation et utilité des acides α-aminés standards dans le métabolisme

Importances biologiques des acides α-aminés

Propriétés physico-chimiques des acides aminés

Méthodes de séparation et d’identification des acides aminés

Chapitre 2 LES PROTEINES

Structures des protéines et liaison peptidique

Importance biologique (Rôles)

Classification

Structure primaire et liaison peptidique

Méthodes chimiques d’identification de la structure primaire

Méthodes enzymatiques d’identification de la structure primaire

Purification des protéines

Structure secondaire et super-secondaires des protéines

Structure tertiaire

Structure quaternaire (liée aux fonctions biologiques)

3. Méthodes et modalités d’évaluation

Les évaluations sont faites à travers les questions orales lors des enseignements et à la fin des

cours et des travaux pratiques. L'examen porte sur les cours théoriques ainsi que sur certains

aspects développés au cours des travaux pratiques. Les examens sont constitués de Questions

à Choix Multiples (QCM), d’Analyse, de Compréhension et de Synthèse.

L'examen est noté sur 20 points. L’étudiant est déclaré admis lorsqu’il réunit une moyenne de

10 sur 20. Pour les troncs communs (CBG2), des coefficients de 3-2-1 sont respectivement

affectés à la note de l’écrit, des travaux pratiques et à la note d’oral.

4. Méthode d’enseignement

Les cours se font en mode présentiel par projection power point ou non. Les étudiants

disposent du cours complet dès le début de l'année ou quelques semaines avant les cours. Des

versions imprimées du cours sont mises à la disposition des apprenants afin qu’ils puissent

mieux comprendre et faire un travail personnel avant le cours.

5. Matériel pédagogique

Il est composé de : Note de cours, figures, photos, images, matériels de laboratoire, tableau,

craies, marqueurs, vidéoprojecteur, microphone, portable speaker, …

6. Références bibliographiques

Biochimie de Harper. Murray, Bender, Botham, Kennelly, Rodwell et Weil. 5ème edition de boeck

Université, Bruxelles, 2013;

Toute la Biochimie. Serge Weinman, Pierre Méhul. Edition Dunod, 2013, France.

BIOCHEMISTRY. Berg M.J, Tymoczko J.L, Stryer L. 7ème édition, 2012. M.H. Freeman et Company,

Houndmills, Basinstoke RG England.

BIOCHIMIE GENERALE. Jacques-Henry WEIL. 8ème édition. MASSON.

BIOCHIMIE STRUCTURALE ET METABOLIQUE. Médecine, Pharmacie, Sciences. Christian MOUSSARD.

2ème édition. De boeck;

Travaux dirigés de Biochimie, Biologie Moléculaire et Bioinformatique. G. Coutouly, E. Klein, E. Barbieri,

L. Kriat. 4ème édition, doin, 2012, France.

Tous les livres d'édition récente et les sites internet spécialisés servent également de

compléments aux cours théoriques et aux notes de cours rédigées. Sur présentation de la

carte d’étudiante, les apprenants peuvent utiliser les livres disponibles au sein de la

Bibliothèque du laboratoire de Biochimie et Substances Naturelles Bioactives.

BIOCHIMIE STRUCTURALE 2

1ère partie

Les acides α-aminés

• un groupe carboxyle

un groupe amine

• un atome d’hydrogène

• un radical R (chaî lat.)

• Carbone alpha*

Les acides aminés (ou amino-acides): molécules qui possèdent dans leur structure

*

I. Généralités sur les acides α aminés


Les acides aminés naturels sont essentiellement des acides α –aminés.

Les acides α –aminés sont des molécules (acide aminé) dans lesquelles la

fonction amine est adjacent (position α) au groupement carboxylique

Constitution des protéines Métabolisme

Role important: Deux catégories


Les acides aminés

Constitution des protéines

CONSTITUANTS des protéines

Non CONSTITUANTS des protéines

aa constitutifs des protéines(nombre = 21) aa non utilisés pour la

synthèse protéique (cystine, hydroxyproline)

aa du métabolisme intermédiaire

(+ 300)



Les acides aminés

Acides aminés constitutifs des protéines naturelles (nombre = 21)

Sélénocystine (homologue; S = Se)

Très rare20 aa fréquents

Acides Abbreviat. Abbreviat.

aminés 3 lettre 1 lettre

Acides Abbreviat. Abbreviat.

aminés 3 lettre 1 lettre



Les acides aminés

les aa indispensables (9) pour l’homme:

ne peuvent pas être synthétisés dans les cellules humaines;doivent être apportés par l’alimentation.

Du point de vue du métabolisme

les aa non indispensables proviennent

des interrelations métaboliques




II. Structure et importance des acides α-aminés

Glycine

Glycine : plus petit des acides aminés

Chaîne latérale est réduite à sa plus simple expression, un

atome d’hydrogène

Seul acide aminé sans carbone asymétrique;

Il confère à la chaîne polypeptidique une grande flexibilité

La glycine est le principal acide aminé de la canne à sucre. Elle est utilisée enrecherche biochimique.

De nombreuses études ont démontré les propriétés pharmacologique comme :

Antiride, réparation des cellules endommagées, …



Glycine

Alanine

Alanine: C’est l’homologue supérieur de la glycine,

présent dans la plupart des protéines.

H = -CH3

Fonction importante transfert azote des tissus périphériques

jusqu’au foie;

Aide le métabolisme du glucose (énergie);

Autres propriétés biologiques confirmées


Valine

Leucine

Isoleucine

• Les Chaînes latérales de ces 3 acides aminés sont

ramifiées et relativement rigide. Elles jouent un rôle

charnière lors de l’établissement de la structure tertiaire

de la protéine.


Valine

Propriétés bilogiques: métabolisme musculaire;

traitement des maladies du foie;

…


Valine

Leucine

Isoleucine

• Les Chaînes latérales de ces acides aminés sont

ramifiées et relativement rigide. Ils jouent un rôle


de la protéine.


Leucine

Nécessaire à la croissance et au maintien du taux d’azote;

Optimise la récupération musculaire;

…


Valine

Leucine

Isoleucine

• Les Chaînes latérales de ces acides aminés sont

ramifiées et relativement rigide. Elles jouent un rôle


de la protéine.


Isoleucine: Isomère de la leucine

Endurance (footballeurs américains)

Indispensables à la formation de la masse musculaire;

…


Sérine

Thréonine


Sérine: version hydroxylée de l’alanine

Thréonine: analogue supérieur de alanine

Ils Entrent dans la composition de la plupart des

protéines, interviennent dans la Régulation de

l’activité des protéines et Contrôlent l’activité

de certains enzymes


Cystéine

La cystéine joue un rôle important dans la conformation

dans l’espace des protéines.


La cystéine fonctionne comme un antioxydant

important dans la désintoxication de toxines nocives

(radiations, vieillissement, …).

Méthionine

Méthionine: Utilisation comme complément diététique.

Rôle spécifique dans le complexe d’initiation de la

biosynthèse

Antioxydant puissant et bonne source de soufre;


Acide aspartique

Asparagine

Acide glutamique

Glutamine


• Les deux aa acides jouent un rôle important dansles réactions de transamination.

Ac aspartique: Abondant dans la canne à sucre etbetteraveAc glutamique: plus fréquent des aa. Originevégétale et animale

•Asparagine, Glutamine: impliquées dans letransport et la mise en réserve de l’azote,

Deux acides aminés acides et leur amides


Lysine

Arginine

Histidine

Lysine: Aa essentiel nécessaire à la croissance

Arginine: Origines végétale et animale. essentiel pour les adolescents

Histidine: Acide aminé essentiel. Impliqué dans la croissance et dans la réparation des tissus



Phénylalanine

Tyrosine

Tryptophane


Proline

Phénylalanine: Aa essentiel retrouvé dans la plupart desprotéines. Nécessaire à la croissance et au maintien du tauxd’azote.

Tyrosine: Précurseur de biomolécules comme l’adrénaline, lathyroxine, la mélanine. Sert au dosage des protéines dans lesliquides biologiques.

Tryptophane: aa essentiel. Provient de l’hydrolyse desprotéines dans le tube digestif

Proline: C’est le seul acide aminé dont la fonction amine est secondaire. Elle se retrouve dans le collagène.


Les acides aminés sont des unités structurales de base des protéines.

III. Importance biologique (2)


III. Importance biologique (2)

Déterminent la structure et la fonction des protéines

Nature, ordre d’enchaînement, rapports spatiaux

Même type d’acides aminés mais

protéines ayant des fonctions différentes:

due à l’enchaînement, des spatiaux, …


III. Importance biologiqueSubstrats énergétiques

glucose, les ac. Gras, corps cétoniques

Acides aminés glucoformateursAcides aminés cétogènesAcides aminés glucoformateurs et cétogènes


III. Importance biologique

Métabolique: précurseurs plus ou moins direct des molécules d’intérêt biologique

hormones, neurotransmetteurs, acides nucléiques…


Plusieurs critères de classification

Plus utile celle basée sur la polarité de la chaine latérale (détermine leur

interaction avec l’eau à un pH voisin de la neutralité).

Quatre groupes: les acides aminés apolaires, polaires, acides et basiques

Autres classifications: aa à groupement aliphatique (Ala, Val, Leu et Ile) ,

aa soufrés (Cys, Met)

aa à chaîne latérale aromatique (Phe, Tyr, Trp).

IV. Classification des acides α-aminés


Sept groupes d'aminoacides peuvent être définis par rapport à leurs chaînes latérales :

Groupe 1 : acides aminés aliphatiques



Sept groupes d'aminoacides peuvent être définis par rapport à leurs chaînes latérales :

Groupe 2 : acides aminés aromatiques

Tryptophane

Phénylalanine (Phe, F) Tyrosine (Tyr, Y)

Tryptophane (Trp, W)



GROUPE 3 : acides aminés dicarboxyliques et leurs amidesLa chaîne latérale contient un groupement carbonyle libre ou sous forme d'amide.

Acide aspartique (Asp, D)

Asparagine (Asn, N)

Acide glutamique (Glu, E)

Glutamine (Gln, Q)



Groupe 4 : acides aminés dibasiques

La chaîne latérale contient une fonction amine qui porte sous la forme acide conjuguée une charge positive.

Lysine (Lys, K)

Arginine (Arg, R)



Groupe 4 : acides aminés dibasiquesLa chaîne latérale contient une fonction amine qui porte sous la forme acide conjuguée une charge positive.

Histidine (His, H) : groupement imidazole



Groupe 5 : acides aminés alcoolsLa chaîne latérale contient une fonction alcool. Les groupes OH ne sont pas ionisables.

Groupe 6 : acides aminés soufrésLa chaîne latérale contient un atome de soufre.

Cystéine (Cys, C) : groupement thiol

Méthionine (Met, M)



La cystéine se retrouve dans les protéines également sous forme de cystine. Elle est obtenue par

condensation de deux cystéines.

Elle est souvent retrouvée dans les protéines

secrétées dans lesquelles elle relie deux chaÏnes

olypeptidiques entre elles ((insuline,

immunoglobuline).



Groupe 7 : iminoacideL'amine de l'acide aminé est une amine secondaire (imine).

Proline (Pro, P) :



IV. Propriétés physiques des acides α-aminés

1. Asymétrie2. Propriétés optiques3. Absorption moléculaire4. Polarité - hydrophilie5. Propriétés ioniques

1. Asymétrie

Propriété d'un objet à trois

dimensions non superposable à son

image dans une symétrie par rapport

à un plan. Les acides aminés

comportent au moins un carbone

asymétrique (Elles sont appelées

molécules chirales).

Exp: Glycine.



1. Asymétrie



Détermination de la forme L ou D: Cα depuis son atome H:

CO-R-N dans le sens horaire pour un L-α-aminoacide

N-R-C0 forme D

1. Asymétrie (Représentation de Fisher)

Convention: Fonction amine orientée

à gauche => série L (Left).Convention: Fonction amine orientée à

droite => série D



Les acides aminés des protéines des Animaux et des Végétaux appartiennent à la série L

aa naturels sont tous de configuration “L” selon la convention de Fischer.

Certains acides aminés possèdent 2 C* donc 4 stéréoisomères

Cependant, seule une forme isomère se retrouve dans les protéines naturelles

L-Thréonine D-Thréonine D-allo-ThréonineL-allo-Thréonine



1. Asymétrie (Représentation de Fisher)

2. Propriétés optiques

Les molécules asymétriques dévient la lumière polarisée: ils sont optiquement actives*.

Le pouvoir rotatoire d’une molécule peut être mesure en utilisant un polarimètre ou

calculé (solution) en utilisant la formule ci-dessous:

= pouvoir rotatoire

Loi de BIOT : A° = [a]tl x C x l

A° = rotation observée en degrés

[a]tl = le pouvoir rotatoire spécifique d’un aa

à une température T (25°C) et à une

longueur d’onde l (589,3 nm, raie D du sodium)

exprimé en °.ml/g/dm

C = la concentration de l’acide aminé en g/ml

l = le trajet optique en dm



La L alanine est dextrogyre(dévie la lumière polarisée à

droite)

La L leucine est lévogyre(dévie la lumière polarisée à

gauche)

Le seul acide aminé dont la structure est symétrique.

=> pas de pouvoir rotatoire

Pas de C asymétrique




La série (L,D) ne désigne pas le sens dans lequel une solution d’acide

aminé dévie le plan de polarisation de la lumière.

Les acides aminés ont une importante absorption aux longueurs d’ondes

inférieures à 230 nm. Certains absorbent entre 250 – 300 nm (acides aminés

possédant des noyaux phényle ou indole etc.)

Cystine 240 nm

Phenylalanine 260 nm

Tyrosine, Tryptophane 280 nm




Propriétés utilisées pour dosage spectrophotométrique des protéines ; évaluation quantitative des protéines dans la bande 280 nm



3. Propriétés ioniques

Les acides aminés possèdent deux groupements ionisables: Fonction amine (NH3+), et

une fonction carboxyle (COOˉ). Ce qui leur confère leur nature dipolaire, base de stabilité

des cristaux qu’ils forment à travers les interactions ioniques.

Représentation de Bronsted: évolution des charges

pK1 (pKa): 2 pH 3; dissociation carboxylique [-COOH en -COO-]

pK2 (pKb): pH≈ 10; dissociation du groupement [NH3+ en -NH2]

Equation Henderson-Hasselbalch

pHi = 1/2 (pKa+ pKb)




Entre les deux constantes de dissociation, il existe un point isoélectrique noté pHi.

Ces différentes formes permettent de tracer la courbe de titration de l’aa




Courbe de titration d’un ac am mono amine et mono acide

1. début de la titration: prépondérance la forme doublement protonée (FDP)

2. concentration égale entre les formes COOˉ et NH3+ et la forme doublement protonée (pka)

3. Disparition progressive de la FDP jusqu’à un pH ou seul le dipôle chargé positivement et négativement est présent (pHi)

4. Ce dernier commence par disparaitre au profit de la forme COOˉ et NH2 en passant par l’égalité des deux formes en concentration (pkb)

5. fin de la titration seule la forme doublement basique subsiste.




Les acides α-aminé et α-carboxylé, mono

aminé et mono carboxylé ont une courbe

de titration similaire á celle de l’alanine.

Contrairement aux ac am ayant un radical

hydrolisable.

Courbe de titration de la glycine




Les acides α-aminé et α-carboxylé,

mono aminé et mono carboxylé ont

une courbe de titration similaire á celle

de l’alanine.




Lorsque le radical -R de l’acide aminé comporte des groupes ayant des propriétés

acido-basiques, on définit alors une troisième constante appélée pKR:

constante d’ionisation du radical –R

Lorsque le radical -R comporte des groupes ionisables, une troisième constante est

définie pKR: Constante d’ionisation du radical –R







Identifier lesdifférentes formesioniques de la titrationde l’acide glutamique




Courbe de titration de l’histidine

1. Réaction avec la ninhydrine


V. Réactions de mise en évidence des ac am


2- Propriétés liées au groupement [–COOH]

Décarboxylation

Catalysée par la décarboxylases

Conduit à la formation d’une amine

V. Réactions de mise en évidence des ac am


VII. Propriétés chimiques des acides α-aminés

a- Propriétés liées au groupement [–COOH]

Estérification

Utilisée pour séparer les acides aminés en phase gazeuse et en phase liquide en produisant

des dérivés ester


V. Propriétés chimiques des acides α-aminés

a- Propriétés liées au groupement [–COOH]

R-CH-CO-NH-R’ + H2O

NH2

R-CH-COOH + H2N-R’

NH2

Formation d’amide (liaison peptidique)

Ac. aminé amine Amide par liaison peptidique

a- Chromatographie d’exclusion sur gel

VI. Quelques méthodes de séparation et d’identification des aa

Phase stationnaire (gel) poreuse

Séparation suivant la taille des molécules


séparation fonction de taille;

Système composé de éluent

et phase stationnaire.

(gel composé de billes poreuses

capable de retenir ou non les

molécules.


b- Chromatographie échangeuse d’ions

VI. Quelques méthodes d’identification et de séparation des aa

-+-+-+

-+

NaCl

Echange de cations sur CM

-+

-+

-+

-+

-+

-+

-+

-+

-+

-+

-+-+

-+

-+

NaCl

-+

-+

---

-

--

--

-

-

-

-

Echange d’anions sur DEAE- cellulose

Dépôt Lavage ElutionDépôt Lavage Elution

Les échangeurs d’ions sont des macromolécules insolubles portant des groupements

ionisables, qui ont la propriétés d’échanger de façon réversible certains de leurs ions, au

contact d’autres ions provenant d’une solution.


b- Chromatographie échangeuse d’ions


A pH acide, les acides aminés sont

chargés positivement mais diffère le

radical R;

Les acides aminés à charge positive se

lient à la phase stationnaire et migrent

lentement;

Les acides aminés ayant moins de

charge positive migrent rapidement.

+++

+

+

++

+


c- Chromatographie d’affinité


Permet de séparer un composé en utilisant des interactions biologiques entre un

ligand spécifique


d- Chromatographie sur Couche Mince (CCM)


Permet la séparation des acides aminés entre deux

phases:

Phase stationnaire: couche mince de silice ou

de cellulose

Phase mobile: éluent ou système de migration

Révélation à la ninhydrine et identification par

comparaison avec des témoins.


d- Chromatographie Liquide Haute Pression (HPLC)


Permet le dosage qualitatif et quantitatif desmacromolécules

EVALUATION 1

1. Parmi les propositions suivantes concernant la stéréochimie des acides aminés,laquelle est inexacte?

a. Tous les acides aminés naturels sont chiraux, excepté la glycineb. Les protéines humaines sont constituées d’acides aminés de configuration Lc. Tous les acides aminés, sauf la glycine, ont deux stéréoisomèresd. La thréonine possède deux atomes de carbones asymétriquese. Un mélange équimolaire de deux énantiomères est optiquement inactifs

2. Lequel des acides aminés suivant est porteur de la plus grande charge négative à pH physiologique

a. Alanineb. Glycinec. Histidined. Argininee. Acide glutamique

EVALUATION 1

3. Quels acides aminés possèdent une fonction hydroxyle sur leur chaîne latérale?

a. Cystéineb. Sérinec. Thréonined. Méthionine

4. Parmi les acides aminés suivants, quel est celui dont la charge nette est égale à +1 à pH 7?

a. Alanineb. Acide aspartiquec. Histidined. Lysinee. Sérine

LES PROTEINES

2ème partie

Les protéines

Les protéines sont des polymères linéaires d’acides aminés unis par une liaison amide , dite liaison peptidique,

Généralités

Exemple de l’insuline

Les protéines

• Deux acides aminés unis par une liaison peptidique forment un dipeptide

• Trois acides aminés: tripeptide

• Un petit nombre: oligopeptide

• Quelques dizaine (n < 100) : polypeptide

• Au-dela (n > 100): protéine

Généralités

Par convention, la représentation des peptides commence par l’aa N-terminal

avec le groupe NH2 libre et se termine par le groupe carboxyle libre

appelé aa C-terminal.

• Tous les acides aminés sont engagés dans deux liaisons peptidiques:1. Par le groupement aminé avec le précédent2. Par le groupement carboxyle et le suivant

Ils perdent leur identité d’acides aminés et sont donc appelés résidus

Les protéines

Généralités

Les protéines

Généralités

Par convention, une chaîne polypeptidique s’écrit de la gauche vers la droite en commençant par l’aa N-terminal et en finissant par l’aa C-terminal

a. Dessiner un zigzag avec le groupement aminé N-terminal à gauche

b. Placer les Cα, les CO et les N

c. Puis les chaînes latérales de part et d’autre du zigzag

Les protéines

Importance Biologique

Ce sont des molécules biologiques de première importance

• Quantitative: elles constituent plus de la moitié du poids sec des cellules

• Qualitative: elles participent à presque (toutes) les fonctions cellulaires

Leurs rôles sont multiples:

Pas de biomolécules qui aient autant de fonctions cellulaires

Pas de fonctions cellulaires qui échappent aux protéines

Les protéines


Protection

Régulation

mOuvement

Transport

Energie

Influx

Nerveux

Enzymes

Structure

Protection: e.g. des anticorps de l’immunité humorale.

Virus VIH

Sans anticorps Avec anticorps

Mb Cell LT4

Marqueur CD4

Fusion et multiplication du virus dans la cellule

Formation de complexe immuns GP12/Ac GP12

Ac GP121

Fusion impossible du VIH av LT4, multiplication du virus bloquée

Les protéines


Protection

Régulation

mOuvement

Transport

Energie

Influx

Nerveux

Enzymes

Structure

Régulation: les protéines participent à la communicationintra- et intercellulaire.

Les protéines


Protection

Régulation

mOuvement

Transport

Energie

Influx

Nerveux

Enzymes

Structure

mOuvement: e.g. de l’actine et la myosine qui sont des

protéines de la contraction musculaire.

Les cellules formant les muscles sont remplies de ces deux molécules.

Les protéines


Protection

Régulation

mOuvement

Transport

Energie

Influx

Nerveux

Enzymes

Structure

Transport: e.g. de l’hémoglobine et des lipoprotéines

Les protéines


Protection

Régulation

mOuvement

Transport

Energie

Influx

Nerveux

Enzymes

Structure

Energie: les protéines sont des réserves d’acides aminés

en tant que substrats énergétiques e.g. l’ovalbumine du

blanc d’œuf,

Influx Nerveux: e.g. la rhodopsine

Les protéines


Protection

Régulation

mOuvement

Transport

Energie

Influx

Nerveux

Enzymes

Structure

Enzymes: e.g. dans la conservation et la perpétuation de la structure

vivante, ces catalyseurs de la réaction biochimique ont une place

primordiale. La plupart des réactions chimiques qui se déroulent dans la

cellule sont catalysées par des protéines spéciales: les enzymes

Structure: e.g. les protéines soutiennent et protègent les

structures biologiques: e.g. le collagène du tissu conjonctif animal,

Les protéines

Classification

La classification des protéines se fait selon plusieurs critères:

Selon leur composition

•Holoprotéines: la molécule n’est composé que d’acides aminés

• Hétéroprotéines: la molécules comporte en plus une partie non protéique

(groupement prosthétique): glucides, lipides, acides nucléiques, ions

métalliques…

Les protéines

Classification

• Protéines globulaires

- leur rapport axial est inférieur à 10: elles sont sphéroïdes

- elles sont solubles dans l’eau

La classification se fait selon plusieurs critères:

• Protéines fibreuses

- leur rapport axial est supérieur à 10: elles sont filiformes

- elles sont insolubles dans l’eau

• Protéines mixtes

- mi-globulaires mi-fibreuses (e.g. la myosine)

Selon leur forme globale

Les protéines

Liaison peptidique et structure primaire

La liaison peptidique s’établit par élimination d’une molécules d’eau entre legroupement carboxyle d’un acide aminé et le groupement aminé de l’acide aminésuivant:

Dans un peptide

les Liaisons entre acides aminés se fait dans n’importe quel ordre;

Pas de règle théorique ou empirique déterminant l’enchaînement des aa;

Pas d’incompatibilité de liaison;

Pas de spécificité de liaison;

Nbre des arrangements linéaires possible de n résidus d’aa est maximum.

Les protéines


Détermination de la composition en acides aminés

Méthodes chimiques

1- Hydrolyse acide

2- Détermination de l’acide aminé N-terminal

a- Réaction au dinitrofluorobenzène (DNFB): Réaction de Sanger

b- réaction aux phenylthioisocyanate (PTIC): Réaction d’Edman

c- réaction de dansylation (DNS-Cl)

3- Détermination de l’acide aminé C-terminal

L’hydrazinolyse

Les protéines


Détermination de l’acide aminé terminal

1- Hydrolyse acide

Elle est réalisée par l’action d’un acide fort à chaud (HCl 6N à 105°C pdt 24-72 h) sur le peptide.

Il existe plusieurs Inconvénients

les liaisons stériquement encombrées ;

la destruction partiel de certains acides aminés comme la Methionine, la Sérine et

le Thryptophane;

les résidus Asn et Gln sont transformés en acides correspondants ;

Les protéines


Détermination de la composition en aa

Détermination de l’aa N-terminal des peptides

Après hydrolyse total par HCl on obtient tous les aa libres et l’aa N-terminal

Sous forme de dinitrophenyl-aa (DNP-aa)

Action du fluoro-1,4-dinitrobenzène sur le groupement aminé d’un aa

2- Détermination de l’acide aminé N-terminal:

a. Réaction au dinitrofluorobenzène (DNFB)

Première séquence: hormone peptidique, PM 6000, Insuline (Sanger)

Les protéines



Réaction de Sanger (1945)

fluorodinitrobenzène dinitrophenyl-aa

(jaune)

Détermination de l’aa N-terminal peptide ≤ 80 aa

Obtention du phenylthiohydantoïne-aa

Hydrolyse acide sans effet:

peptide (n-aa)-1 + PTH-aa

Réaction de Edman


b- réaction aux phenylthioisocyanate (PTIC)

Les protéines



NCH

3 CH3

S OO

Cl

CH

N

R

HH

COOH

NCH

3 CH3

S OO

N

CH

H

R

COOH

+

Cl- de dansyl aafluorescent

DNS-Cl: réagit avec la fonction amine pour donner des dérivés sulfonamidesfluorescents


d- réaction de dansylation (DNS-Cl)

Les protéines



3- Détermination de l’acide aminé C-terminal:

a- L’hydrazinolyse

Les protéines



Méthode chimique qui consiste à traiter le peptide par l’hydrazine à 100°C

Les liaisons peptidiques sont rompues et les aa apparaissent sous forment

d’hydrazides

(H2N-CH-CO-NH-CH-CO)n-HN-CH-COOH + H2N-NH2

R R R’

RR

H2N-CH-CO-NH-CH-CO-NH-NH2 + H2N-CH-COOH

R’

Hydrazide Aa C-terminal libre

Méthodes enzymatiques

1. Détermination de l’acide aminé C-terminal

La carboxypeptidase A (Peptidyl-L-amino-acide-hydrolase)

La carboxypeptidase B

2. Détermination de l’acide aminé N-terminal

Les aminopeptidases

Les protéines



3- Détermination de l’acide aminé C-terminal:

b- Méthodes enzymatiques

Les protéines



• La carboxypeptidase A (Peptidyl-L-amino-acide-hydrolase) extraite du pancréas

est la plus utilisée.

• Elle attaque les liaisons C-terminales, sauf celles du glycocolle et des acides aa

basiques

• Ces derniers peuvent être libérés par la carboxypeptidase B, extraite du pancréas

• Les aminopeptidases permettent d’éliminer l’acide aminé N-terminal.

3- Hydrolyse des séquences peptidiques intrachaînes

Les protéines




• Trypsine

• Chymotrypsine

Méthodes chimiques• N-bromosuccinamide• Bromure de cyanogène• Acide performique

Les protéines





Trypsine: enzyme pancréatique, catalyse l'hydrolyse des liaisons peptidiques dans

lesquelles la fonction carboxyle est fournie par la lysine ou l'arginine

Chymotrypsine : enzyme pancréatique à spectre large, attaque de préférence, les

liaisons auxquelles participe le carboxyle d’un aa aromatique (Phe, Trp et Tyr) et à

un moindre degré la Leu, Met, Asn, Glu.

Les protéines




Méthodes chimiques

Les méthodes chimiques complètent souvent les méthodes enzymatique. Les

méthodes chimiques sont généralement fondées sur une oxydation.

N-bromosuccinamide: coupure des liaisons incluant le –CO de Tyr et Trp

Bromure de cyanogène: rupture de la liaison adjacente à la Met

Acide performique: rupture des ponts disulfure . Transforme Cys et Cystine en ac. cystéique

Méthodes de séparation des peptides

L’isolement des peptides peut se faire par des techniques diverses:

Précipitations au point isoélectrique (solubilité minimale)

Extractions sélectives par certains solvants

La purification peut être effectuée par des méthodes très variées:

Cristallisation

Distribution à contre courant

Chromatographie à contre courant

Chromatographie d’adsorption, de partage, échange d’ions, électrophorèse

Les protéines


Les protéines

Structure secondaire

Une structure secondaire est la configuration spatiale d’une séquence courte de la chaîne polypeptidique (sur 10 à 20 résidus)

Une même protéine peut avoir plusieurs structures secondaires

Dans une structure secondaire donnée, les angles ont des valeurs répétitives d’un résidu à l’autre

Les structures secondaires sont stabilisées par des liaisons hydrogène formées à intervalles réguliers à l’intérieur de la chaîne ou entre deux chaînes voisines

Les trois formes principales de structures secondaires sont:

- l’hélice α- le feuillet plissé β- et le coude β

Les protéines


L’hélice α

• La chaîne polypeptidique s’enroule autour d’un

axe hypothétique selon une hélice droite.

• Structure stabilisée par des liaisons hydrogènes

intrachaînes, unissant l’atome d’oxygène du –CO de

la nième liaison peptidique et l’atome d’hydrogène du

-NH de la (n+3)ème liaison peptidique

• La largeur de l’hélice est de 0,5 nm, son pas de

0,54 nm et il y a 3,6 résidus par pas

Les protéines


Le feuillet plissé β

• Le brin β est étiré en accordéon (les atomes de carbones α sont tour à tourlégèrement au-dessus et au-dessous du plan du feuillet β), les chaînes latéralesétant rejetées tantôt vers le haut, tantôt vers le bas

• Deux brins β - fragments d’une même chaîne polypeptidique s’associent pourformer un feuillet plissé par des liaisons hydrogènes unissant l’atome d’O du COet l’atome d’H du –NH des liaisons peptidiques face à face.

Les protéines


Le coude β

• Les hélices α et feuillets plissés β étant des structures linéaires, leurs chaînes

polypeptidiques forment des boucles ou elles changent de directions, pour qu’elles

puissent se formés dans les protéines globulaires.

• Formé de 4 résidus, il implique la formation

d’un pont hydrogène unissant l’atome d’O du –

CO de la iéme liaison peptidique et l’atome d’H

du –NH de la (i + 2) liaison peptidique en

direction de l’extrémité C-terminal (entre 2 liaison

peptidiques, donc 2 résidus entiers).

Les protéinesStructure secondaire

Le coude β

• Les hélices α er feuillets plissés β étant des structures linéaires, leurs chaînes

polypeptidiques forment des boucles ou elles changent de directions, pour qu’elles

puissent se formés dans les protéines globulaires. Le coude β est le type de boucle

plus courant

Proline: sa structure cyclique fait prendre à

la chaîne un virage en épingle à cheveu

Glycocolle: petit aa peut se tassé ds le peu

de place du coude

Les protéines


Structures super-secondaires

Ce sont des successions de structures secondaires plus fréquentes .

• Motifs αα

- hélice-tour-hélice: hélices α sont liées par une boucle

- hélice-boucle –hélice: hélices α liées par une boucle

Les protéines


Structures super-secondaires

• Motifs ββ

- épingles à cheveux β-β: 2 brins βantiparallèles liés par un coude

- clé grecque β: des brins β nonadjacents dans la structure primaires’associent en feuillets

• Motifs mixtes

- Motif βαβ: 2 brins parallèles formantfeuillet sont reliés par une hélice α

- Motif ββα: des protéines dites à doigtde Zinc, maintenu par la liaison du zincà des résidu cystéine et histidine

Les protéines

Structure tertiaire

Elle se définie par le repliement sur elle-même de la chaîne polypeptidique

• La chaîne forme une pelote de telle sorte que: les chaînes latérales polaires

(hydrophiles) des résidus, soient tournées vers l’extérieur au contact du milieu

aqueux et les chaînes latérales non polaires (hydrophobes) vers l’intérieur;

• Cette structure est stabilisée par des liaisons entre chaînes latérales de résidus

éloignés dans la structure primaire :

- liaisons covalentes: ponts disulfure entre résidus cystéine;

- liaisons non covalentes; liaisons hydrogène,

Les protéines fibreuses n’ont pas de structure tertiaire, leurs molécules

s’assemblent dans un certain état secondaire

Les protéines

Structure tertiaire

Les ponts disulfure

Deux des 20 acides aminés ont des radicaux

contenant un atome de soufre. C'est le cas de la

cystéine.

L'effet hydrophobe

Les aa dont les radicaux sont hydrophobes

ont plus d'affinité entre eux.

Quatre grands types d'interactions interviennent dans le repliement de la chaîne

Les liaisons ioniques

Les radicaux qui s'ionisent positivement forment des liaisons ioniques avec ceux

qui s'ionisent négativement.

Les liaisons hydrogène

Les protéines

Structure quaternaire

Certaines protéines sont oligomériques, ie formées de plusieurs chaînes

polypeptidiques appelées sous-unités ou protomères et dont l’organisation définit

la structure quaternaire.

Selon le nombre des sous-unités, elles sont dites: di, tri, tétramérique, …

- Sous-unités identiques: homopolymériques

- Sous-unités non identiques: hétéromériques

Cette structure est stabilisée par des liaisons hydrogènes, hydrophobes, voire

ioniques entre les chaînes latérales des résidus

La structure quaternaire est obligatoire à la fonction biologique de la protéine

Les protéines


La structure quaternaire présente un double intérêt:

L’association-dissociation est un moyen de contrôle de l’activité de la protéine

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• Proteine kinase A dépendante de l’AMP cyclique (PKA) : Tétramère R2C2 inactif

• La fixation de l’AMPc, sur les sous-unités régulatrices R provoque ladissociation de la structure quaternaire, ce qui démasque et rend activesles sous-unités catalityques C

Les protéines


La structure quaternaire présente un double intérêt:

L’interactivité entre sous-unités permet:

• l’effet coopératif: la fixation d’un substrat par une sous-unité modifiel’affinité des autres sous-unités pour ce même substrat

• l’effet allostérique: la fixation d’effecteur (activateurs ou inhibiteurs) surcertaines des sous-unités , dites régulatrices, modifie l’affinité des autressous-unités pour le substrat

Ces différentes propriétés confèrent à l’hémoglobine et aux enzymes allostériques la possibilité d’une régulation de leur activité

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BIOCHIMIE STRUCTURALE 2 - UAC · 2020. 5. 5. · INTITULE DU COURS: Acides aminés et protéines UNITE D’ENSEIGNEMENT: Biochimie structurale I. IDENTIFICATION DU COURS Etablissement