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.
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. Michel.Seve@ujf-grenoble.fr 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
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
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.
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.
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.
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
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
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
Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 10/41 G - GLY V - VAL I - ILE A - ALA L - LEU 3.1 - ACIDES AMINÉS À CHAINES LATÉRALES ALIPHATIQUES
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
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
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
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
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
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 3.2 - ACIDES AMINÉS À CHAINES LATÉRALES HYDROXYLÉES, SOUFRÉES OU HYDROPHILES
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
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
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
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
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
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
Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 23/41 P - PRO 3.3 - ACIDE AMINÉ À CHAINE LATÉRALE CYCLIQUE
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
Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 25/41 F - PHE W - TRP Y - TYR 3.4 - ACIDES AMINÉS À CHAINES LATÉRALES AROMATIQUES
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
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
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
Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 29/41 H - HIS R - ARG K - LYS 3.5 - ACIDES AMINÉS À CHAINES LATÉRALES CHARGÉES POSITIVEMENT
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
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
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
Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 33/41 D - ASP E - GLU 3.6 - ACIDES AMINÉS À CHAINES LATÉRALES CHARGÉES NÉGATIVEMENT
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
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
Chapitre 1: Les acides aminés: Structures 3. Description des 21 AA 36/41 3.7 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
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.
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.
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)
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
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