Cours 4 Acides Amines Et Peptides

Biochimie – Les acides aminés et peptides

BIOCHIMIEBIOCHIMIECours 4 – Acides aminés et peptides

Pr Feugeas

Ce document est un support de cours datant de l’année 2012-2013 disponible sur www.tsp7.net 1

I. Définition et rôle biologiqueA. Les acides aminés (aa)

B. Les peptides

II. Les propriétés physicochimiques des acides aminés et des peptidesA. Isomérie optique des aa.

B. Spectre d’absorption des aa et des peptides

C. Ionisation et charges des aa et peptides

D. Solubilité des acides aminés et des peptides

III. Les 20 acides aminés entrant dans la composition des protéinesA. Chaîne latérale hydrophobe

B. Chaîne latérale polaire mais non chargée

C. Chaîne latérale polaire chargée


I. DÉFINITION ET RÔLE BIOLOGIQUE

A. Les acides aminés

Les acides aminés ont :• Une fonction acide carboxylique : COOH/COO- (de pKa~2)• Une fonction basique amiNe en général primaire : NH3

+/NH2 (de pKa~9,5)• Une chaîne latérale variable d’un acide aminé à l’autre

Ils sont donc amphotères (possèdent une fonction acide et une fonction basique).Le poids moléculaire d’un d’acide aminé est de 110 Da (le poids dépend de la chaîne latérale).

Il existe 20 AA. Les AA peuvent avoir comme rôles biologiques : • Un rôle dans la constitution des protéines et des peptides • Un rôle métabolique et énergétique (production d’ATP)• Un rôle de neuromédiateurs (ex : Glu = glutamate/acide glutamique, Asp = aspartate/acide

aspartique)• Un rôle comme précurseurs de composés azotés (via la fonction amine)

Les AA peuvent être apportés par l’alimentation (ex : via les protéines de la viande, qui sont dégradées enAA) ou parfois synthétisés par la cellule (c’est souvent insuffisant ce qui justifie la nécessité de les apporter parl’alimentation). Les AA qui doivent être obligatoirement apportés par l’alimentation (qui ne sont passynthétisés par la cellule) sont dit indispensables (essentiels) :

Moyen mnémotechnique pour se rappeler des AA essentiels : « le très lyrique Tristan fait vachement méditer Iseult » (Leu,Trp, Lys, Thr, Phe, Val, Met, Ile)

Les AA non -essentiels pour l’adulte mais indispensables chez l’enfant (embryon, bébé, rôle de croissance…)ou au cours de l’allaitement :

Moyen mnémotechnique :

« This is a tired gentleman » (Cys, His, Arg, Tyr, Gln) : vu sur tsp7 !! merci

B. Les peptides

Les peptides sont un enchaînement de maximum 100 AA (donc inférieur ou égal) reliés par une liaisonpeptidique. Ils sont constitués d’une seule chaîne la plupart du temps. Au dessus de 100 aa on parle deprotéines.

La séquence d’un peptide est toujours donnée dans le sens N-ter (= N-terminal à gauche) vers C-ter (= C-terminal à droite).



La liaison peptidique est créée lors de la condensation entre la fonction COOH d’un acide aminé et lafonction NH2 d’un autre AA, elle s’accompagne d’une libération d’eau.La liaison CO-NH obtenue est appelée liaison peptidique. Il s’agit d’une liaison de type amiDe, formée lors de latraduction des ARNm (ou pour les petits peptides parfois par synthèse métabolique).

La distance C-N est plus courte que pour une liaison simple typique. Il s’agit d’une double liaison partielleet non d’une simple liaison car elle oscille par résonance entre 2 formes.

La liaison peptidique est plane et le plan met en jeu 6 atomes : les 4 atomes de l’amide sont dans le mêmeplan (avec les deux carbones α respectivement adjacents au CO et au NH, il y a 6 atomes qui sont dans le plande la liaison peptidique dont 3 carbones). Chaque carbone α est commun à 2 plans de liaisons successifs.

Dans un plan de liaison, on parle de structure ou configuration en trans, car les 2 carbones α sont enposition opposée. Il existe 2 angles de rotation :

• L’angle φ (phi) se situe entre le NH et le Cα• L’angle ψ (psi) entre le Cα et le CO :

Ces angles de rotation déterminent laconfiguration dans l’espace du peptide. Dans le cas dela proline, l’angle φ est bloqué (car moléculecyclique), cette rigidité entraîne la formation d'uncoude dans les peptides.

C’est une liaison covalente (= solide, stable) quipermet une grande stabilité des peptides in vitro. Parcontre, in vivo, les peptides ont une durée de viecourte à cause d’enzymes de dégradation : lespeptidases ou les protéases. Liaison iso-peptidique : le COOH qui se condense n’estpas celui du Cα mais celui d’une chaîne latérale.

Il existe une grande variabilité des rôles biologique des peptides, exemple :• Le glutathion (γ-Glutamyl-Cysteyl-Glycine): c’est un peptide de 3 AA synthétisé par voie métabolique.

Sous sa forme réduite (-SH) il a un rôle antioxydant. (contient une liaison iso-peptidique)• Les hormones peptidiques telles que :

– Vasopressine (rôle dans le maintien de la pression artérielle).– Ocytocine (rôle dans la contraction de l'utérus lors de l'accouchement)– Insuline (entre peptide et protéine)– BNP (brain natriuretic peptide = élimination du sodium dans les os).– Hepcidine (rôle dans l'absorption du fer)



II. LES PROPRIÉTÉS PHYSICOCHIMIQUES DES ACIDES AMINÉS

ET DES PEPTIDES

A. Isomérie optique des acides aminés

Les acides aminés naturels sont de série L (natureLs) (Cf Chimie pour L et D) :

B. Spectre d’absorption des acides aminés et des peptides

Tous les AA absorbent les UV pour des longueurs d’onde λ < 230 nm (peu spécifique). Les AA aromatiques (les 3 à cycle aromatique = Phe, Tyr, Trp) ont une absorption plus spécifique.

• λ = 260 nm pour la Phénylalanine (Phe)• λ = 280 nm pour le Tryptophane (Trp) et la Tyrosine (Tyr)

L’absorption lumineuse est proportionnelle à la concentration des molécules, donc on peut l’appliquer à ladétection et au dosage des AA et peptides.

C. Ionisation et charges des acides aminés et peptides

On le rappelle, les AA sont amphotères, ils possèdent donc une fonction acide (carboxylique = COOH/COO-)et une fonction basique (amine = NH3

+/NH2). (COOH et NH3+ forme protonée / COO- et NH2 forme dissociée)Un AA peut être ionisé (chargé) :• Sur sa fonction carboxylique si le PH > pKa du couple acido-basique COOH/COO- => COO-

• Sur sa fonction amine si le PH < pKb du couple acido-basique NH3+/NH2 => NH3

+

• Sur sa chaîne latérale si celle-ci est ionisable : possède un pKr

Le pK d’une fonction est le pH de demi-dissociation d’un groupement c’est à dire le pH du milieu pourlequel 50% du groupement est dissocié

Ex : pour COOH, pKa = 2 => à pH = 2, on a 50% des groupements sous forme COOH et 50% sous forme COO -

(50% du COOH s’est dissocié en COO - + H+). Cette notion s’applique donc à une fonction donnée et pas à l’AA enentier.Remarque : de même le NH3

+ se dissocie en NH2 + H+ à pH = pKb



Le Point isoélectrique ou pHi est le pH du milieu pour lequel l’AA (en solution tamponnée) a une chargenette nulle. Donc le pHi concerne l’AA et non une fonction contrairement au pK.

Courbe de titrage d’un AA monoaminé et monocarboxylé :

Explication du schéma ci-dessus :

• À pH < pKa (< pHi) :– La fonction acide est à 50% sous forme COOH et 50% de COO- (=>50% neutre, 50% charges -)– La fonction basique est sous forme NH3

+ (non dissociée : 100% de charges +) Bilan des charges (200%) : 50% charges -, 50% charges neutres, 100% charges + => charge globale positive

• À pH = pHi :– La fonction acide est sous forme COO- (dissociée : 100% de charges -) – La fonction basique est sous forme NH3

+ (non dissociée : 100% de charges +)Bilan des charges (200%) : 100% charges -, 100% charges + => charge globale neutre

• À pH > pKb (>pHi) :– La fonction acide est sous forme COO- (dissociée : 100% de charges -)– La fonction basique est à 50% sous forme NH3

+ et 50% de NH2 (=>50% neutre, 50% charges -)Bilan des charges (200%) : 100% charges -, 50% charges +, 50% charges neutres => charge globale négative

Donc une règle importante permet de retrouver la charge nette d’un AA en fonction du pH si on connaît le pHi :→ Si pH < pHi elle est positive→ Si pH = pHi elle est neutre

→ Si pH > pHi elle est négative

Le pHi est une notion qui s’applique à tout AA quand on tient compte de toutes les fonctions qu’il possède.• Pour un acide aminé à chaîne latérale apolaire ou polaire non chargée : son pHi vaut (pKa+pKb)/2

soit environ 6.• Pour un acide aminé à chaîne latérale portant une fonction acide : son pHi vaut (pKa+pKR)/2• Pour un acide aminé à chaîne latérale portant une fonction basique : son pHi vaut (pKb+pKR)/2

Exemple : Asp-Ala-Gly



D. Solubilité des acides aminés et des peptides

Polarité : s'observe en cas de liaison asymétrique.

Les AA libres sont en général solubles grâce à la présence desgroupements carboxylique et amine. Les molécules polairesétablissent des liaisons hydrogènes (= faibles) avec d’autresmolécules polaires comme l’eau (Cf chimie, dans H2O : l’oxygèneest plus « négatif » : attire plus les électrons, H est plus« positif »).

Donc les molécules polaire sont hydrophiles car elles sontcapables d'établir des liaisons hydrogène avec l’eau. Les acidesaminés libres sont solubles en général, mais cette solubilité estminimale au pHi. En effet, au pHi, la charge globale des AA estneutre, ils sont donc apolaires, c'est-à-dire hydrophobes,contrairement aux molécules polaires (hydrophiles).

Les peptides ont une solubilité qui dépend de la compositionen acides aminés. Ils sont d’autant moins solubles qu’ilspossèdent beaucoup de chaînes latérales hydrophobes. Leurssolubilité est aussi minimale au pHi.

III. LES 20 ACIDES AMINÉS ENTRANT DANS LA COMPOSITION

DES PROTÉINES

Ils sont classés en fonction de leur chaîne latérale en 3 catégories :• Hydrophobes• Polaires non chargés• Polaire chargés

Glycine (Gly) : c’est le plus petit des AA, car ne possédant pas de chaîne latérale (peut être classéedans les hydrophobes).

A. Acides aminés à Chaîne latérale hydrophobe (= apolaire) (8) :

Alanine (Ala) Valine (Val) Leucine (Leu) Isoleucine (Ile)

Les trois derniers ressemblent à l’alanine avec des groupements méthyl en plus.

Méthionine (Met) Proline (Pro) : cyclique, sa fonction amiNe est donc secondaire, il

confère une grande rigidité au peptide Phénylalanine (Phe) Tryptophane (Trp)

Phe et Trp (et Tyr) sont des AA aromatiques.



B. Acides aminés à chaîne latérale polaire mais non chargée (6)

1. Les hydroxylés (3)

Tyrosine (Tyr) : aromatique Sérine (Ser) Tréonine (Thr)

2. Ceux qui possèdent un groupement amiDe (2)

Asparagine (Asn) peut être N-glycosylé Glutamine (Gln)

3. celui qui possède une fonction thiol réactive et peut faire des ponts disul-fures par réaction d’oxydation (1)

Cystéine (Cys)

C. Chaîne latérale polaire chargée (5)

1. Les AA basiques : pHi > 7

Lysine (Lys) Histidine (His) Arginine (Arg)

Ici on note 3 points d’inflexions plutôt quedeux.Il y a celui de la chaîne latérale en plus.

2. Les AA acides : pHi < 7

Acide Aspartique (Asp) Acide glutamique (Glu)



Pour finir un récap’ de la classification et des formules de tous les acides aminés (extrait du poly de TD, doncrédigé par le prof)



Ce document est un support de cours datant de l’année 2012-2013 disponible sur www.tsp7.net 9Avertissement: ce document est un support de cours datant de l’année 2012-2013. Seul le cours dispensé en amphithéâtre fait foi pour le concours.


QCMs d’entraînement : TD 2010-2011/Annales

1) Concernant les acides aminés constitutifs des protéines, indiquer la ou les proposition(s) exacte(s) :A) Certains peuvent posséder deux fonctions acides.B) Certains peuvent posséder trois fonctions acides.C) Ils sont tous amphotères.D) Ils présentent tous un pic d’absoprtion UV à 280 nm.E) A pH très acide (< à 4) et à l’état libre, ils ont une charge globale négative.

2) Parmi les propositions suivantes concernant les acides aminés, laquelle ou lesquelles est ou sontexacte(s) ?A) Ils ont en commun la présence d’une fonction amide ou amine et d’une fonction carboxyle et se

différencient par leur chaîne latérale.B) 20 acides aminés peuvent être incorporés dans les chaînes peptidiques lors de la synthèse des

protéines.C) Les chaînes latérales polaires peuvent être chargées ou non chargées.D) Asp et Glu sont les deux acides aminés à posséder un groupement –COO - à l’extrémité de leur

chaîne latérale à pH<2E) Phe, Tyr et Trp sont des acides aminés aromatiques.

3) Indiquer la ou les proposition(s) exacte(s) concernant l’arginine :A) Elles possèdent 2 carbones asymétriques.B) Le pH isoélectrique de l’arginine est de l’ordre de 8.C) Au pH isoélectrique les groupements acides et basiques sont majoritairement ionisés.D) Au sein d’une séquence peptidique, la trypsine coupe les liaisons peptidiques du côté C-terminal

des résidus d’arginine.E) La courbe de titration de l’arginine présente 3 courbes d’inflexion.

4) Parmi les propositions suivantes concernant la liaison peptidique, laquelle ou lesquelles est ou sont exacte(s) ?A) Elle s’établit entre la fonction carboxyle porté par le carbone α d’un acide aminé et la fonction

amine portée par le carbone α de l’acide aminé suivant dans la chaîne peptidique.B) C’est une liaison amide.C) Elle peut être clivée par des protéases.D) La proline impose un angle particulier aux liaisons peptidiques auxquelles elle participe.E) Les ponts disulfures sont des liaisons peptidiques particulières qui relient entre elles 2 chaînes

peptidiques différentes.

Corrections

1) Réponses ACA) VraiB) Faux : au maximum 2 (cf. les acides aminés basiques/acides)C) VraiD) Faux : ceci est vrai uniquement pour les AA aromatiquesE) Faux : si pH < pHi, on a une charge POSITIVE.

2) Réponses : BCEA) Faux : fonction AMINE.B) VraiC) VraiD) Faux : à pH <pHi, on a une charge globale positive !E) Vrai

3) Réponses : CDE

4) Réponses : ABCDE) Faux : les ponts disulfures ne sont pas des liaisons peptidiques.


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Cours 4 Acides Amines Et Peptides