Biochimie(Stage de pré-rentrée UE1)

Propriétés des acides aminés

Objectifs

• Comprendre les bases structurales des acides aminés et des protéines.

• Avoir quelques notions de classification et des fonctions des acides aminés.

• Comprendre les propriétés ioniques des acides aminés.

Plan

1. Bases structurales des acides aminés

2. Bases structurales des protéines

1. Structure Primaire

2. Structure Secondaire

3. Structure Tertiaire

4. Structure Quaternaire

3. Classification des acides aminés

4. Fonctions des acides aminés

5. Propriétés ioniques des acides aminés

1. Bases structurales des acides aminés

• Possèdent tous 2 fonctions en α l’une de l’autre:

– Acide COOH

– Amine NH

Ex: Glycine :

• Possèdent une chaîne latérale (sauf la glycine !)

Ex: Alanine GlycineO

OH

NH2

CH3

• Différents types de chaîne latérale:

-Acide : Acide aspartique

-Basique : Lysine

-Soufrée: Méthionine

-Aromatique : Tryptophane

OHOH

NH2O

O

O

NH2

NH2OH

O

NH2

SCH3 OH

2. Structure des protéines

• Protéine = > 50 a.a. Peptide = < 50 a.a.

• Il existe dans les protéines 4 niveaux de structure.

1. Structure Primaire

= Enchaînement d’acides aminés liés par des liaisons peptidiques (amide)

O

NH2

SH NH

O

NH

O

CH3

NH

O

NH

O

NNH

OH

H

H

Glycine

N-terminalC-terminal

Sens de lecture du peptide

2. Structure secondaire

=Repliement local de la chaîne protéique

2 possibilités majeures

Hélice α

Feuillet β

Coude β

Hélices α

• La plus abondante

• Stabilisées par des liaisons H entre CO et NH

• Chaînes latérales vers l’extérieur

• 3.6 résidus d’acides aminés par tour d’hélice

• Peuvent être de pas droit B

ou de pas gauche A

Feuillet β

• Plis successifs de la chaîne polypeptidique

• Liaisons hydrogènes CO-NH moins

fortes que pour l’hélice car plus éloignées

• Peuvent être // ou anti //

3. Structure tertiaire

=Repliement de la chaîne protéique dans l’espace, agencement de structures secondaires.

Feuillet β

Hélice α

Pas de

structure

précise

4. Structure Quaternaire

=Agencement de différentes chaînes protéiques par des liaisons non covalentes ou monomères

Ex: Hémoglobine

= tétramère

Chaîne

protéique

Chaîne

protéique

3. Classification des acides aminés

• Il existe différents types de classification des 22 acides aminés:

1 En fonction des propriétés ioniques de la chaîne latérale

- a.a à chaîne latérale non polaire (G, A, V, L, I, P, M F, W)

-a.a à chaîne latérale polaire non chargée (S, T, Y, N, C, Q)

-a.a. à chaîne latérale polaire chargée (K, R, D, E, H)

- 2 acides aminés exotiques (Pyrolysine et Sélénocystéine)

2 Par rapport à leurs fonctions chimiques

- Hydroxylés : S, T, Y

- Amidifiés : Q, N

- Soufrés: M, C

- Cycliques : P

- Ramifiés : V, I, L

- Aliphatique : G, A, V, L, I, P

- Aromatiques: F, W, Y

- Essentiels: M, L, V, I, F, T, H, K, W

-Acides : D, E

-Basiques: K, R

4. Fonctions des acides aminés

• Certains sont protéinogènes: ils sont incorporés lors du processus de traduction aux protéines.

• Les différents niveaux de structure sont interdépendants:

- L’enchaînement primaire des acides aminés protéinogènes influence la structure secondaire.

- La structure tertiaire dépend de la structure secondaire.

• Communication inter-cellulaire: Hormones (glutamate)

• Certains sont essentiels = non synthétisés par le corps apport nécessaire carences possibles.

5. Propriétés ioniques

• Certaines fonctions possèdent un couple acide-base– COOH (acide) / COO- (base)

– NH3+ (acide) / NH2 (base)

• Ceci confère aux acides aminés des propriétés ioniques et 3 possibilités se présentent en fonction du pH du milieu.

-a.a. cationique -a.a. zwitterionique -aa. anionique

pH croissant

• Les acides aminés se comportent donc comme des bases/acides faibles on définit un pKb et un pKa pour les acides aminés.

Le pKa et le pKb sont donc les pH de demi-dissociation: cad, la concentration en H+ pour laquelle la fonction acide/basique et à moitié ionisée.

NB: On parle de pKr pour la fonction de la chaîne latérale

• Equation de Henderson-Hasselbach

pH= pKa/b + log10([base]/[acide])

Ex: pH = pKa + log10 ([COO-]/[COOH])

pH= pKb + log10 ([NH2] /[NH3+])

Si [COO-] = [COOH] ou si [NH2] = [NH3]

alors pH= pKa + log(1) pH=pKa

• Potentiel Hydrogène isoélectrique = pHi

C’est le pH pour lequel la charge de l’acide aminé est nulle et se calcule de la façon suivante

-Si a.a. neutre : pHi= (pKa+pKb) /2

-Si a.a. basique (Arginine ou lysine): pHi = (pKb+pKR)/2

-Si a.a. acide (Glutamate ou Aspartate) : pHi = (pKa+pKR)/2

Ce pHi possède de grandes applications dans la séparation des acides aminés par des techniques d’analyse.

• Exemple d’un acide aminé neutre à pH7

Alanine pKa = 2.5 pKb=9.8

pH

Charge

O

NH2

CH3OH

0

+1

-1

2 4 6 8 10 12 14

+0.5

-0.5

-0.5+1

-1+1

-1+0.5

-1+0

pHi = (2.5 + 9.8) / 2 = 6.2

• Exemple d’un acide aminé basique

Ex: Lysine pKa= 2 pKb=9 pKR=11

O

NH2

NH2OH

+2

+1

0

-1

Charge

pH

2 4 6 8 10 12 14

+0.5

-0.5

+1.5

-0.5+1+1

-1+1+1

-1+0.5+1

-1+0.3+0.7

-1+0+0.5

-1+0+0

pHi= (9+11) /2 = 10

• Exemple d’un acide aminé acideEx: Glutamate pKa= 2 pKb= 9.5 pKR= 4

+1

0

-1

-2

O O

OHOH

NH2

Charge

pH2 4 6 8 10 12 14

+0.5

-0.5

-1.5

-0.5+1+0

-0.7+1-0.3

-1+1-0.5

-1+1-1

-1+0.5-1

-1+0-1

pHi= (2+ 4) / 2 = 3