Biochimie structurale L1-S

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1 Biochimie structurale L1-S C. Lacombe 1 Les acides aminés I - Structure générale d un acide aminé fonction amine fonction acide 2 1

2 = II - Principaux acides aminés Acides aminés non polaires Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine, Proline Acides aminés polaires, non chargés, avec ou S Sérine, Thréonine, Cystéine, Méthionine Acides aminés avec une fonction acide ou amide Acide aspartique, Acide glutamique, Asparagine, Glutamine Acides aminés basiques istidine (noyau imidazole), Lysine, Arginine (groupement guanidium) Acides aminés aromatiques Phénylalanine, Tyrosine, Tryptophane (noyau indole) 3 M Structure à p 7,0 Classe R Acide aspartique Acide glutamique Alanine Arginine Asparagine Cystéine Glutamine Asp (D) Glu (E) Ala (A) Arg (R) Asn () Cys (C) Gln (Q) 3 - C - C 2 - C - C C - C2 - C 2 - C - C C - - C 2 - C 2 C 2 C C C - C 2 - C C - 3 S - C 2 - C C C - C 2 - C 2 - C C - C 3 - C C - acide acide hydrophobe basique amide contenant un S amide pk 1 pk 2 pk 3 p i 2,0 9,9 3,9 2,95 2,1 9,5 4,1 3,10 2,4 9,9 6,15 1,8 9,0 12,5 10,75 2,1 8,8 5,45 1,9 10,8 8,3 5,10 2,2 9,1 5,65 4 2

3 M Structure à p 7,0 Classe 3 Glycine Gly (G) - C C - hydrophobe 3 istidine is () C 2 - C C - basique pk 1 pk 2 pk 3 p i 2,4 9,8 6,10 1,8 9,2 6,0 7,60 Isoleucine Leucine Lysine Ile (I) Leu (L) Lys (K) 3 C - C 2 3 C - C C - 3 C 3 C 3 C - C 2 - C C - 3 C C 2 - C 2 - C 2 - C 2 - C C - hydrophobe hydrophobe basique 2,3 9,8 6,05 2,3 9,7 6,00 2,2 9,2 10,5 9,85 Méthionine Phénylalanine Met (M) Phe (F) 3 3 C - S - C 2 - C 2 - C C- 3 C 2 - C C - contenant un S aromatique 2,1 9,3 5,70 2,2 9,2 5,70 5 M Structure à p 7,0 Classe pk 1 pk 2 pk 3 p i Proline Pro (P) C - hydrophobe 2,0 10,6 6,30 Sérine Ser (S) 3 - C 2 - C - C - alcool 2,2 9,2 5,70 Thréonine Tyrosine Tryptophane Thr (T) Tyr (Y) Trp (W) 3 C 3 - C - C - C - 3 C 2 - C - C - 3 C 2 - C - C - alcool aromatique aromatique 2,1 9,1 5,60 2,2 9,2 10,1 5,70 2,4 9,4 5,90 Valine Val (V) 3 C 3 C - C - C - 3 C hydrophobe 2,2 9,7 5,95 6 3

4 II - Principaux acides aminés Acides aminés essentiels (indispensables) on synthétisés par l homme, ils doivent obligatoirement provenir de l alimentation : is (), Ile (I), Leu (L), Lys (K), Met (M), Phe (F), Thr (T), Trp (W), Val (V) Arg (R) pour les enfants 7 III - Propriétés acido-basiques * Ionisation d un acide aminé en fonction du p R - C C 3 p << pi C - - C R - C R - C pk 2 C 3 pk 2 p = pi p p >>pi Le pi, caractéristique d un acide aminé dans l eau pure, est la moyenne des pk entourant le zwitterion (chargé à la fois et -) pk C 2 pk 2 9,5 8 4

5 III - Propriétés acido-basiques Les acides aminés sont amphotères (à la fois acide et base) * Rappel de l équation d enderson-asselbalch Quand un acide A faible est en solution, [A] >>[ A - ] A 2 3 A - p = pk A log [A - ] [A] * Les acides aminés «acides» ou «basiques» ont en plus une fonction ionisable sur la chaîne latérale 9 III - Propriétés acido-basiques : Ionisation des acides aminés Courbe de titrage par a ou par Cl de l Alanine p [A - ] pk 2 =9,9 [A] ± = [A - ] p i =6,15 [A] ± [A 2 ] = [A] ± [A 2 ] 2,4 = pk C équivalent 1 0,5 0 0,5 1 équivalent

6 III - Propriétés acido-basiques : ionisation des acides aminés Protonation de la chaîne latérale de l istidine 3 - C - C C - C C - C - C 2 C 2 C 2 p Protonation de la chaîne latérale de l Arginine 3 - C - C C - C C - C C - C - (C 2 ) 3 p (C 2 ) 3 (C 2 ) 3 (C 2 ) 3 C 2 2 C 2 C C 2 11 IV - Activité optique Les acides aminés (sauf la glycine) possèdent un C asymétrique : ce sont des molécules chirales, douées d un pouvoir rotatoire (optiquement actives). Les acides aminés naturels sont de configuration L. C - 3 C R Une molécule dextrogyre (), d, dévie le plan de polarisation de la lumière vers la droite Une molécule lévogyre (-), l, dévie le plan de polarisation de la lumière vers la gauche Le pouvoir rotatoire spécifique de certains acides aminés, comme l acide aspartique, change avec la température 12 6

7 V - Propriétés spectroscopiques Spectres dans l ultra-violet des 3 acides aminés aromatiques Absorbance λ max (nm) ε (M -1 cm -1 ) Phe (F) 257,4 197 Tyr (Y) 274, Trp (W) 279, V - Propriétés spectroscopiques Spectre de la Tyrosine en fonction du p Absorbance p = 6 p = 13 Longueur d onde (nm) 14 7

8 VI - Propriétés chimiques Solubilité Généralement solubles dans l eau (= solution au pi de l acide aminé) Davantage encore si p très bas ou très élevé Réaction du groupe carboxyle Amidation (liaison peptidique) avec une amine 2 Estérification avec un alcool Décarboxylation (voir plus loin) 15 VI Propriétés chimiques Réactions du groupe amine Amidation avec un acide carboxylique 2 Formation de base de Schiff (- C = -) ( par réaction avec un aldéhyde) Désamination (voir plus loin) 16 8

9 VI - Propriétés chimiques Réaction avec la ninhydrine (1) C - C R = C - C 2 C = C R R 17 VI - Propriétés chimiques Réaction avec la ninhydrine (2) = C 2 2 = C R R - 2 PURPRE DE RUEMA max = 570 nm 18 9

10 VI - Propriétés chimiques Réaction avec la ninhydrine (Cas de la proline) C C -C max = 440 nm 19 VI - Propriétés chimiques Réaction spécifiques à la cystéine * Formation de pont disulfure 3 Cystéine C C C 2 S S C C C 2 Cystéine Uniquement en conditions légèrement oxydantes Cystine C C C 2 S S C 2 C C

11 VII - Acides aminés particuliers ydroxylysine et hydroxyproline C 2 - C - C 2 - C 2 - C C - 5-YDRXYLYSIE 2 C - C Sont présentes dans le collagène. La réaction d hydroxylation nécessite la vitamine C. Une carence en vitamine C entraîne une maladie : le scorbut. 2 C C 2 C 4-YDRXYPRLIE 21 VII - Acides aminés particuliers Dérivés de la tyrosine TYRSIE 3 I I C 2 C I C - I 3 3 I C 2 C C- I I C 2 C C - TRIIDTYRIE T3 TYRXIE T4 T3 et T4 sont synthétisées par la glande thyroïde et sont des hormones de régulation de la croissance et du développement 22 11

12 VII - Acides aminés particuliers Dérivé de l acide glutamique 3 - C - C2 - C 2 - C - C - - C C 2 C 2 C 2 3 GABA (ACIDE γ-amibutyrique) GABA (ACIDE - AMIBUTYRIQUE) - produit de la décarboxylation de l acide glutamique - neurotransmetteur inhibiteur - les anxiolytiques de la famille des benzodiazépines agissent sur les récepteurs au GABA 23 VII - Acides aminés particuliers Dérivé de l histidine 3 C 2 - C - C - L istamine C 2 - C 2 3 Produit de décarboxylation de l histidine Médiateur de la réaction immunitaire Vasodilatateur (impliqué dans l allergie ou l inflammation) L utilisation des antihistaminiques vise à réduire ou éliminer les effets de l histamine 24 12

13 VII - Acides aminés particuliers Dérivés du tryptophane tryptophane C 2 C 3 C - 5-hydroxytryptophane C 2 C C - C 2 C - 3 AUXIE : ACIDE IDLACÉTIQUE SÉRTIE C 2 C 2 3 La sérotonine est un neurotransmetteur excitateur obtenu par décarboxylation et hydroxylation du tryptophane L auxine est une hormone de croissance végétale obtenue par désamination du tryptophane (et perte d un C) 25 VII - Acides aminés particuliers Dérivés de la phénylalanine C 2 C 2 3 DPAMIE C 2 C 3 C C- PEYLALAIE C 2 3 C ADRÉALIE C 2 2 C 3 RADRÉALIE euromédiateurs et/ou hormones obtenus par décarboxylation, hydroxylation et méthylation de la phénylalanine 26 13

14 VIII- Différents rôles RÔLE EXEMPLE Constituants Insuline des hormones peptidiques Glucagon cytocine Vasopressine Constituants des protéines Innombrables Précurseurs d'hormones ormones thyroïdiennes Adrénaline, noradrénaline eurotransmetteurs Glycine Adrénaline, noradrénaline Acide glutamique europeptides Encéphalines Endorphines Précurseurs de vitamines Alanine acide pantothénique Acide glutamique acide tétrahydrofolique Constituants d'antibiotiques Actinomycine C1 Tyrocidine Précurseurs de Acide glutamique GABA neurotransmetteurs Tryptophane Sérotonine Tyrosine Cathécholamines (Dopamine, oradrénaline) Précurseurs des bases des acides nucléiques 27 14