Professeur Michel SEVE

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1 UE1: Cycle 4 : Biomolécules (1) : Acides aminés et protéines Chapitre 1 Les acides aminés: Structures Professeur Michel SEVE Année universitaire 2009/2010 Université Joseph Fourier de Grenoble - Tous droits réservés.

2 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures Introduction 2/41 Michel SEVE Qui suis-je? Pharmacien, PhD en Biologie structurale, HDR Professeur en Biotechnologies à l UFR de Pharmacie Praticien Hospitalier à l Institut de Biologie et Pathologie du CHU de Grenoble Enseignement: Biochimie, Biologie cellulaire et biotechnologies en PACES, études de Pharmacie, Licence et Maitrise en Biotechnologies-santé, responsable de l Ecole des biotechnologies à l Université Joseph Fourier et co-responsable du Master européen Erasmus Mundus BioHealth Computing. [email protected] Recherche et activité hospitalière: Responsable de la plateforme de protéomique Prométhée (CHU et Institut Albert Bonniot). Développement de technique, recherche et validation de biomarqueurs par des approches de protéomique

3 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures Plan du cours 3/41 Les acides aminés: structures Plan du cours 1. Les acides aminés: Définition et structure 2. Codage des acides aminés 3. Description des 21 acides aminés des protéines 3.1 Acides aminés à Chaines latérales aliphatiques 3.2 Acides aminés à Chaines latérales Hydroxylées, Soufrées ou hydrophiles 3.3 Acide aminé à Chaine latérale Cyclique 3.4 Acides aminés à Chaines latérales Aromatiques 3.5 Acides aminés à Chaines latérales Chargées positivement 3.6 Acides aminés à Chaines latérales Chargées négativement 3.7 Autres acides aminés et acides aminés modifiés 4. Les acides aminés essentiels

4 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 1. Les acides aminés: définition 4/41 1. Les acides aminés: Définition Acides organiques contenant un groupement amine. Les plus communs des acides aminés sont les acides α-aminés Les plus communs des acides α-aminés sont ceux de la série L. Seulement 21 acides α-aminés L sont utilisés pour produire les protéines (il existe en fait un 22 ème acide aminé, la pyrolysine, chez les bactéries méthanogènes). Il existe quelques rares exceptions: - Dans les protéines de la membrane bactérienne qui contiennent quelques acides aminés de la série D (D-Alanine et D-glutamine) - Des acides aminés modifiés comme l'hydroxylysine ou l'hydroxyproline dans le collagène.

5 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 1. Les acides aminés: définition 5/41 Structure des acides α-aminés Les acides α-aminés (AA) ont un motif structural commun : Nomenclature C C C C C COOH ε δ γ β α R R : Radical ou chaîne latérale. Partie variable des AA. NH 2 Groupe aminé C α COOH Groupe carboxyle AAα NH 2 et COOH portés par le même C. H Molécule amphotère. Dans les protéines : 21 groupes R 21 AA.

6 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 1. Les acides aminés: définition 6/41 Stéréochimie des acides α-aminés La plupart des acides aminés sont des molécules chirales car ils contiennent un carbone asymétrique. Ce carbone, centre de la chiralité est lié à quatre substituants différents. Seule la glycine ne comporte pas de carbone asymétrique et n'est donc pas une molécule chirale.

7 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 1. Les acides aminés: définition 7/41 Les acides aminés des protéines chez l homme sont de la série L Miroir S Cahn Ingold Prelog R D- et L- Alanine

8 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 1. Les acides aminés: définition 8/41 Les différents acides α-aminés 21 acides aminés incorporés dans les protéines lors de la traduction: Alanine Arginine Asparagine Acide Aspartique Cystéine Glutamine Acide Glutamique Glycine Histidine Isoleucine Leucine Lysine Méthionine Phénylalanine Proline Sélénocystéine Sérine Thréonine Tryptophane Tyrosine Valine D autres acides aminés sont retrouvés par modifications enzymatiques des protéines: hydroxyproline, hydroxylysine, phosphosérine Il existe 20 autres acides aminés impliqués dans des voies métaboliques: méthyl-histidine, homocystéine, acide gamma hydroxybutyrique

9 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 2. Codage des acides aminés 9/41 2. Codage des acides aminés Nom Code à 1 lettre Code à 3 lettres Alanine A Ala ARginine R Arg Acide Aspartique D Asp AsparagiNe N Asn Cystéine C Cys Glutamine Q Gln Acide Glutamique E Glu Glycine G Gly Histidine H His Isoleucine I Ile Leucine L Leu Lysine K Lys Méthionine M Met Phénylalanine F Phe Proline P Pro Sélénocystéine U Sec Sérine S Ser Thréonine T Thr Tryptophane W Trp Tyrosine Y Tyr Valine V Val

10 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 10/41 G - GLY V - VAL I - ILE A - ALA L - LEU ACIDES AMINÉS À CHAINES LATÉRALES ALIPHATIQUES

11 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 11/41 Glycine (G ou GLY) C 2 H 5 NO 2 Chaine latérale la plus simple, un hydrogène Classé dans les aliphatiques par défaut Pas de carbone asymétrique Acide aminé ayant la plus petite masse moléculaire AA non essentiel dans l alimentation chez l homme

12 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 12/41 Alanine (A ou ALA) C 3 H 7 NO 2 Chaine latérale méthyle AA non essentiel dans l alimentation chez l homme

13 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 13/41 Valine (V ou VAL) C 5 H 11 NO 2 Chaine latérale isopropyle Acide aminé généralement à l intérieur des protéines solubles dans l eau ou dans les hélices membranaires en contact avec les lipides AA essentiel dans l alimentation chez l homme

14 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 14/41 Leucine (L ou LEU) C 6 H 13 NO 2 Chaine latérale isobutyle Acide aminé généralement à l intérieur des protéines solubles dans l eau ou dans les hélices membranaires en contact avec les lipides AA essentiel dans l alimentation chez l homme

15 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 15/41 Isoleucine (I ou ILE) C 6 H 13 NO 2 Chaine latérale isobutyle Isomère de la Leucine (même formule chimique) Existence d un carbone asymétrique sur la chaine latérale mais seule la forme 2S-3S est rencontrée dans la nature. Acide aminé généralement à l intérieur des protéines solubles dans l eau ou dans les hélices membranaires en contact avec les lipides AA essentiel dans l alimentation chez l homme

16 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 16/41 S - SER C - CYS Q - GLN T - THR M - MET N - ASN ACIDES AMINÉS À CHAINES LATÉRALES HYDROXYLÉES, SOUFRÉES OU HYDROPHILES

17 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 17/41 Sérine (S ou SER) C 3 H 7 NO 3 Chaine latérale avec groupement hydroxyle (alcool) Site de phosphorylation dans de nombreuses protéique Acide aminé généralement retrouvé dans les protéine, en contact avec le solvant et dans les sites catalytiques d enzymes AA non essentiel dans l alimentation chez l homme

18 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 18/41 Thréonine (T ou THR) C 4 H 9 NO 3 Chaine latérale avec groupement hydroxyle (alcool) Site de phosphorylation dans de nombreuses protéique 2 carbones asymétriques. Le préfixe "allo-" est utilisé pour désigner la molécule présente dans les protéines. On peut aussi différencier ces molécules en utilisant la nomenclature R/S (Cahn-Ingold-Prelog): l'allothréonine est la (2S,3R) thréonine. AA essentiel dans l alimentation chez l homme

19 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 19/41 Cystéine (C ou CYS) C 3 H 7 NO 2 S Chaine latérale avec groupement sulfhydryle (Thiol), ionisable Possibilité de réactions d oxydo-réduction Acide aminé formant des ponts disulfures, retrouvé sous forme réduite dans les sites catalytiques d enzymes et impliqué dans la coordination de métaux dans les métalloprotéines AA non essentiel dans l alimentation chez l homme

20 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 20/41 Méthionine (M ou MET) C 5 H 11 NO 2 S Chaine latérale avec groupement thioéther Précurseur métabolique de la S-adénosyl méthionine, donneur de méthyle Importance comme premier acide aminé dans la synthèse protéique (Nt) AA essentiel dans l alimentation chez l homme

21 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 21/41 Asparagine (N ou ASN) C 4 H 8 N 2 O 3 Chaine latérale avec groupement amide Site de glycosylation dans de nombreuses protéines secrétées AA non essentiel dans l alimentation chez l homme

22 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 22/41 Glutamine (Q ou GLN) C 5 H 10 N 2 O 3 Chaine latérale avec groupement amide Acide aminé le plus abondant dans le sang AA non essentiel dans l alimentation chez l homme

23 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 23/41 P - PRO ACIDE AMINÉ À CHAINE LATÉRALE CYCLIQUE

24 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 24/41 Proline (P ou PRO) C 5 H 9 NO 2 Chaine latérale cyclisée (pyrolidine) Un acide aminé formé par oxydation du cycle : l hydroxyproline est retrouvé en grande quantité dans certaines protéines comme le collagène Peu fréquent dans les protéines AA non essentiel dans l alimentation chez l homme

25 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 25/41 F - PHE W - TRP Y - TYR ACIDES AMINÉS À CHAINES LATÉRALES AROMATIQUES

26 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 26/41 Phénylalanine (F ou PHE) C 9 H 11 NO 2 Chaine latérale aromatique (Phényl) Absorption de la lumière dans l UV vers 280nm Un des acides aminés les plus hydrophobes, il est généralement à l intérieur des protéines solubles dans l eau ou dans les hélices membranaires, en contact avec les lipides AA essentiel dans l alimentation chez l homme

27 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 27/41 Tyrosine (Y ou TYR) C 9 H 11 NO 3 Chaine latérale aromatique (Phénol), ionisable à ph élevé Absorption de la lumière dans l UV vers 280nm Site de phosphorylation dans de nombreuses protéique Acide aminé généralement à l intérieur des protéines solubles dans l eau ou dans les hélices membranaires, en contact avec les lipides AA non essentiel dans l alimentation chez l homme

28 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 28/41 Tryptophane (W ou TRP) C 11 H 12 N 2 O 2 Chaine latérale aromatique (Indol) Absorption de la lumière dans l UV vers 280nm Acide aminé généralement à l intérieur des protéines solubles dans l eau ou dans les hélices membranaires, en contact avec les lipides Précurseur du métabolisme de la sérotonine (hormone et neuromédiateur) AA essentiel dans l alimentation chez l homme

29 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 29/41 H - HIS R - ARG K - LYS ACIDES AMINÉS À CHAINES LATÉRALES CHARGÉES POSITIVEMENT

30 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 30/41 Histidine (H ou HIS) C 6 H 9 N 3 O 2 Chaine latérale Imidazole (aromatique) une base, au sens de la définition de Bronsted-Lowry, mais le pka de la chaîne latérale est légèrement acide (pka=6,0) pour des milieux physiologiques (à ph=7,5). Le phi est neutre à 7,47. AA essentiel dans l alimentation chez l homme

31 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 31/41 Lysine (K ou LYS) C 6 H 14 N 2 O 2 Chaine latérale aminée, ionisable à ph acide Modifié dans certaines protéines par acétylation AA essentiel dans l alimentation chez l homme

32 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 32/41 Arginine (R ou ARG) C 6 H 14 N 4 O 2 Chaine latérale avec groupement guanidinium Ionisable, toujours chargée aux ph physiologiques Acide aminé le plus basique et le plus hydrophile Impliquée dans le cycle de l urée et donc dans le contrôle des composés azotés de l organisme AA essentiel dans l alimentation chez l homme

33 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 33/41 D - ASP E - GLU ACIDES AMINÉS À CHAINES LATÉRALES CHARGÉES NÉGATIVEMENT

34 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 34/41 Acide Aspartique (D ou ASP) C 4 H 7 NO 4 Chaine latérale acide, ionisable à ph basique AA non essentiel dans l alimentation chez l homme

35 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 35/41 Acide Glutamique (E ou GLU) C 5 H 9 NO 4 Chaine latérale acide, ionisable à ph basique Aussi un neuromédiateur, ainsi que le GABA (Acide gamma aminobutyrique) qui en dérive AA non essentiel dans l alimentation chez l homme

36 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 36/ La Sélénocystéine (U ou SEC) Acide aminé rare, formé à partir de la sérine Incorporé dans les protéines par traduction du codon UGA, qui est normalement un codon stop. SelenoCystéine CH₂ SeH

37 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 37/41 Acides aminés modifiés Il existe aussi des acides aminés modifiés après la traduction des protéines.

38 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 38/41 Autres acides aminés D autres acides aminés comme l'ornithine ou la citrulline ne sont pas utilisés pour produire des protéines, mais entrent dans des métabolismes.

39 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 4. Acides aminés essentiels 39/41 4. Les acides aminés essentiels F Phénylalanine L Leucine M Méthionine K Lysine I Isoleucine V Valine T Thréonine W Tryptophane H Histidine R Arginine Moyen mnémotechnique: «Mets-le dans la valise, il fait trop d'histoires» Cette phrase est dérivée du code à trois lettres des acides aminés essentiels (excluant l'arginine): Met-Leu-Val-Lys-Ile-Phe-Trp-His-Thr (acides aminés semi-essentiel, indispensables chez le nourrisson)

40 Chapitre 1: Les acides aminés: Structures A retenir 40/41 Eléments majeurs à retenir - Savoir définir et décrire la structure d un acide aminé Chaine latérale, Molécule amphotère et chirale (sauf G), série L chez l homme, 21 aa dans les protéines - Connaitre la structure, les codes à 1 et à 3 lettres des 21 acides aminés trouvés dans les protéines Structure de la chaine latérale, caractéristique physico-chimique principale de la chaine latérale, essentiel/non essentiel - La liste des 10 acides aminés essentiels F,L,M,K,I,V,T,W,H,R

41 Mentions légales L'ensemble de ce document relève des législations française et internationale sur le droit d'auteur et la propriété intellectuelle. Tous les droits de reproduction de tout ou partie sont réservés pour les textes ainsi que pour l'ensemble des documents iconographiques, photographiques, vidéos et sonores. Ce document est interdit à la vente ou à la location. Sa diffusion, duplication, mise à disposition du public (sous quelque forme ou support que ce soit), mise en réseau, partielles ou totales, sont strictement réservées à l université Joseph Fourier de Grenoble. L utilisation de ce document est strictement réservée à l usage privé des étudiants inscrits en L1 Santé de l Université Joseph Fourier de Grenoble, et non destinée à une utilisation collective, gratuite ou payante. Ce document a été réalisé par la Cellule TICE de la Faculté de Médecine et de Pharmacie de Grenoble (Université Joseph Fourier Grenoble 1)