Peptides Faculté des Sciences Département SNV I- Définition

30/01/2021

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Université d’Alger 1 Banyoucef Benkhedda

Faculté des Sciences

Département SNV

2ème année SNV (S3)

Module: Biochimie

Année universitaire: 2020/2021

Structure et propriétés physico-chimiques des protéines

II- Peptides

Peptides I- Définition

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Peptides: composés naturels ou synthétiques issus de l'enchaînement limités d'AA entre eux par liaisons covalentes: les liaisons peptidiques. Ce sont donc des polymères composés de monomères, les AA. Si le nombre d'AA ≤ 10 = oligopeptide 10 ≤ AA ≤ 100 = polypeptide AA ≥ 100 = protéine. Les chaînes peptidiques diffèrent par le nombre, la nature et l'ordre des aminoacides.

Peptides I- Définition

Peptides II- Définition

La liaison peptidique : Condensation du groupement α carboxyl d'un acide aminé AA1 avec le groupement α aminé d'un second acide aminé AA2 avec élimination d'une molécule d'H2O. Formation amide secondaire liaison peptidique

Groupement Carboxylique AA1

Groupement Amine AA2

AA1 AA2

* *

Liaisons peptidique

Dipeptides N-terminal

C-terminal

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La polarité de la liaison peptidique : Comme l'oxygène est plus électronégatif que l'azote, les électrons délocalisés de la liaison peptidique sont plus proches de l'oxygène : la liaison peptidique est donc polaire.

Peptides II- Caractéristiques de la Liaison peptidique

L’oxygène carbonyle porte une charge partielle négative et l'azote une charge partielle positive. Tous deux peuvent former une liaison hydrogène. Le caractère partiellement double de la liaison peptidique empêche la rotation autour de la liaison C-N. En conséquence, le groupe peptidique est confiné dans un plan. Il existe cependant une liberté de rotation autour des liaisons Cα-C et N-Cα.

.


Stéréochimie de la liaison peptidique : La structure de la liaison peptidique est particulière. Les groupements C=0 et N-H sont parallèles et les atomes C, O, N et H sont coplanaires. Cette liaison simple se comporte comme une double liaison en raison D’un équilibre entre deux formes mésomériques.

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La conformation de la liaison peptidique: Deux configurations sont possibles : Cis et Trans. La liaison peptidique à le caractère d'une liaison double partielle qui peut adopter une configuration Cis ou Trans. Elle est presque exclusivement trouvée dans la conformation trans dans les protéines car cette conformation est plus favorable stériquement. Exception: 10% des prolines dans les protéines sont en configuration Cis. Des sérines et d’autres AA dans les sites à caractère dynamique se trouvent parfois dans la configuration Cis pour précharger l’enzyme avec de l’énergie pour la catalyse


La stabilité de la liaison peptidique : La formation de la liaison peptidique n’est pas favorisée thermodynamiquement (AG =+10 kJ/mol à température ambiante. En l’absence de catalyseur, la liaison peptidique est à peu près stable. Par contre elle est rapidement hydrolysée en conditions extrèmes ou en présence d’un catalyseur convenable. Comme l’hydrolyse de la liaison peptidique et favorisée thermodynamiquement, la réalisation de cette liaison nécessite de l’énergie dans la cellule (ATP par ex).

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Réaction du Biuret En milieu alcalin, les peptides qui possèdent au moins 4 liaisons peptidiques forment avec les ions cuivre II (Cu2+) un complexe bleu-violet dont l'intensité de la couleur est proportionnelle à la concentration en peptide. Un dosage colorimétrique est donc possible à 540 nm. .


Peptides Nomenclature-peptide

Les chaînes peptidiques sont vectorisées : les liaisons peptidiques attachent les acides aminés dans un ordre spécifique. Les conventions sont les suivantes : les aminoacides engagés dans une chaîne peptidique sont appelés résidus. Leur nom est celui de l'aminoacide auquel on ajoute le suffixe yl.

les deux aminoacides aux extrémités de la chaîne sont appelés : N-terminal pour celui qui a sa fonction α-aminée libre et C-terminal pour celui qui a sa fonction α-COOH libre on numérote les aminoacides en écrivant l'enchaînement de gauche à droite à partir de l'extrémité N-terminal.

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Classification structurale des peptides 1- peptide formé d'une seule chaîne (monocaténaire) et linéaire Les peptides peuvent appartenir à 4 classes différentes :

Structure linéaire: C’est le plus courant, chaîne monocaténaire et linéaire, sa structure dépendra des chaînes latérales des acides aminés. Il est possible que deux résidus cystéines forment un pont disulfure Intra-chaîne ou extra-chaîne, lui imposant alors une conformation.

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1- peptide formé d'une seule chaîne (monocaténaire) et linéaire Exemple : tétrapeptide: glutamyl⎯cystényl⎯lysyl-glycine

Pour une écriture simplifiée, les acides aminés peuvent être représentés par leur symbole à trois lettres ( Glu-Cys-Lys-Gly) Ou code à une lettre (E-C-K-G).

Glu Cys Lys Gly Résidu N-terminal Résidu C-terminal


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1- peptide formé d'une seule chaîne (monocaténaire) et linéaire

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2- peptide formé deux chaînes (polycaténaire)

Peptides Propriétés chimiques des peptides

• Les peptides présentent les réactions chimiques de radicaux portés par les chaines latérales des résidus d’acides aminés (les fonctions alcools peuvent être estérifiée par un phosphate ou un sulfate)

.

• Le plus petit peptide donne la même réaction que les acides aminés avec la ninhydrine.

• Hydrolyse de la liaison peptidique en présence d’HCl.

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Peptides Détermination de la séquence d’un peptide

I- Détermination de la composition 1- Hydrolyse chimique 2- Hydrolyse enzymatique II- Détermination de la séquence 1-Détermination de l’extrémité N-terminal A-Dansylation B-Réaction de Sanger C- Méthode d’Edman 2-Détermination de l’extrémité C-terminal 3- Coupure sélective de liens peptidiques

Détermination de la séquence peptidique Détermination du nombre d’acides aminés Détermination des acides aminé constitutifs


Hydrolyse chimique La liaison peptidique est très stable, son hydrolyse spontanée est quasiment nulle

Hydrolyse chimique complète Catalysée par l’HCL 6N à 110°C pendant 24h Avec les inconvénient suivants: L’aminoacide tryptophane (Trp) es entièrement détruit Les amides (Asn, Gln) sont hydrolysés en ammoniac et acides correspondants (Asp, Glu) Certains aminoacides (Tyr, Ser, Thr) peuvent être partiellement détruits (un temps d’hydrolyse plus faible permet de résoudre le problème)

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Hydrolyse chimique spécifique Certains réactifs hydrolysent une liaison peptidique avec une spécificité sur un aminoacides participants à la liaison: Le bromure de cyanogène (BrCN) : hydrolyse la liaison peptidique du côté carboxyle de la méthionine ; cette dernière devient alors un résidu C-terminal transformé en résidu homos sérine lactone. Le 2-nitro-thiocyanobenzoate (NTCB) hydrolyse la liaison peptidique du côté amine de la cystéine.


a) Détermination de l’acide aminé N-terminal a-1- Méthodes chimiques :

L’aminoacide N-terminal est déterminé par 1- Dansylation 2- Dégradation d’Edman 3- Réaction de SANGER

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a) Détermination de l’acide aminé N-terminal

1- Dansylation: On utilise en général le chlorure de dansyl (1-diméthyl-amino-naphtalène-5-sulfonyle) et après hydrolyse chimique du peptide on identifie le dansyl-aminoacide.

un produit stable et fluorescent


a) Détermination de l’acide aminé N-terminal a-1- Méthodes chimiques : Dansylation

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2) Réaction réccurente d’Edman = Action du phénylisothiocyanate (PTC):

Le phenylisothiocyanate se fixe sur l’acide aminé N-terminal du peptide en milieu basique, et après une réaction de cyclisation, se décroche en milieu acide, en formant du phénylthiocyante-aminoacide (PTC-AA) qui absorbe dans l’UV. L’identification du produit se fait par chromatographie.

On peut répéter la réaction sur le peptide amputé de son AA N-terminal, ce qui permet de déterminer la séquence du peptide. Ce procédé a pu être automatisé et autorise en routine des séquençages de 50 acides aminés.

(dégradation récurrente d'Edman).



2) Réaction réccurente d’Edman = Action du phénylisothiocyanate (PTC):

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3- La réaction de SANGER:

L’acide aminé N-terminal est reconnu par son produit de condensation avec le réactif de Sanger et l’ensemble des produits est analysé par chromatographie.

Peptides Détermination de la séquence d’un peptide Peptides Détermination de la séquence d’un peptide

a) Détermination de l’acide aminé N-terminal a-2- Méthodes enzymatique :

L’aminopeptidase est une enzyme de la famille des exopeptidases, c’est à dire qu’elle catalyse l’hydrolyse des liaisons peptidiques en commençant par une extrémité, en l’occurrence l’extrémité N terminale. Son fonctionnement est récurrent donc pour libérer seulement le premier AA, l’enzyme doit agir pendant un temps très court. L’AA libéré est identifié par chromatographie.

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b) Détermination de l’acide aminé C-terminal - Méthodes enzymatique :

Les carboxypeptidases A et B sont des enzymes de la famille des exopeptidases, elles catalysent l’hydrolyse des liaisons peptidiques l’extrémité C terminale. La carboxypeptidase A catalyse la coupure de la liaison C terminale sauf celle de Gly et des AA basiques à condition que l’avant dernier AA ne soit pas Pro. La carboxypeptidase B catalyse la coupure de la liaison C terminale des AA basiques à condition que l’avant dernier AA ne soit pas Pro. Leur fonctionnement est récurrent donc pour libérer seulement le dernier AA, l’enzyme doit agir pendant un temps très court. L’AA libéré est identifié par chromatographie.

d- Détermination de l’acide aminé interne 1- Action des endopeptidases:

Ce sont les enzymes qui hydrolysent des liaisons peptidiques internes entre deux acides aminés n, (n+1). L’enzyme peut spécifique du résidu n ou (n+1).

L’hydrolyse d’un peptide par une endopeptidase donnent plusieurs fargments peptidiques : si on a X coupures (donc X liaisons peptidiques hydrolysées) le peptide sera hydrolysé en (X+1) fragments peptidiques.

Les produits de digestion seront séquencés par la méthode d’Edman.


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La trypsine est une endopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques dans lesquelles un acide aminé basique (Lys, Arg) engage sa fonction acide


Exemple d’endopeptidases:

La trypsine est une enzyme du suc pancréatique

• L'α-chymotrypsine est une endopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques dans lesquelles un acide aminé aromatique (Tyr, Trp, Phe ainsi que Met) engage sa fonction acide.


Exemple d’endopeptidases:

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Exemple d’endopeptidases: La pepsine est une endopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques dans lesquelles un acide aminé aromatique (Tyr, Trp, Phe) engage sa fonction amine.

La pepsine est une enzyme du suc gastrique

Le bromure de cyanogène coupe les liaisons peptidiques dans lesquelles une Met engage sa fonction COOH, Le bromure de cyanogène acide, elle est transformée en HSL homosérine lactone..

2-Coupures spécifiques internes chimiques


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1 Propriétés physiques Elles dépend de la nature des AA consécutifs. - pouvoir rotatoire car C asymétrique. - absorbe dans l'UV (180 à 230nm) si AA aromatiques, alors absorbe aussi à 280nm = propriété importante lors des dosages. 2 Propriétés chimiques Leur solubilité varie selon leur taille et leur composition en AA. Ils sont amphotères en fonction de leur pHi (en fonction de la composition en AA). Capacité de la liaison peptidique de former des complexes avec des cations bivalents, comme le Cuivre Cu2+ par exemple. Ex: réaction de Biuret en milieu alcalin, le cu2+ du Biuret forme un complexe ce qui produit une couleur violette dosable au spectrophotomètre.

Peptides Propriétés physico-chimiques des peptides Peptides

Détermination de la séquence d’un peptide

– Hydrolyse enzymatique et/ou par le BrCN – Séparation des AA libérés par chromatographie – Détection dans le visible après dérivation à la ninhydrine – Identification des AA par leur temps de rétention – Quantification en % par mesure de la surface des pics

Détermination de la composition brute d’un peptide

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• Glutathion

– Participe aux réactions d’oxydo-réduction

Glu

Cys

Gly

SH

Glu

Cys

Gly

SH+

Glu

Cys

Gly

S

Glu

Cys

Gly

S 2 H+ + 2 e– +

2 Glutathion

Pont disulfure

Donneur ou accepteur d’électrons

Système anti-oxydant

Peptides -Quelques peptides d’intérêt biologique

Ce sont les peptides qui participent à la structure de membranes comme éléments de construction, Jouent des rôles importants dans les activités biologiques. En voici quelques exemples :

• Hormones peptidiques

– Hormones post-hypophysaires

• Ocytocine

Cys TyrH2N Ile Gln Asn Cys Pro Leu Gly CONH2

1 2 3 4 5 6 7 8 9Cys

S

Cys

S

Cys

Tyr

S

Ile

GlnAsn

Cys Pro Leu Gly CONH2

S

ADH (Vasopressine)

Cys TyrH2N Phe Gln Asn Cys Pro Arg Gly CONH2

LysCys

S

Cys

S

Cys

Tyr

S

Phe

GlnAsn

Cys Pro Arg Gly CONH2

S

Lys


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• Hormones peptidiques

– Insuline

• Hormone hypoglycémiante

• Produite par les cellules b des îlots de Langerhans

• 2 chaînes peptidiques (A et B)

• Reliées par des ponts disulfures


Kératinocyte

• Facteurs de croissance peptidiques

– Exemple : a-MSH

AcSer–Tyr–Ser–Met–Glu–His–Phe–Arg–Trp–Gly–Lys–Pro–Val

UV

a-MSH

Mélanocyte

Production de mélanines

Récepteur a-MSH

EFFET PARACRINE


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• Antibiotiques peptidiques – Produits par des microorganismes

• Effet bactériostatique : limite le développement de bactéries

• Effet bactéricide : tue des bactéries

– Exemples • Gramicidines, polymyxines, bacitracine, …


• Aspartame

– E951

– Edulcorant de synthèse

H2N CH CO NH CH CO O CH3

CH2CH2

COOH

-L-phénylalanyl L-aspartyl -méthyl

Liaison peptidique

Liaison ester

ester


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