Les acides aminés

Biochimie structurale
L1-S2
2010-2011
[email protected]
C. Lacombe
1
Les acides aminés
I - Structure générale d’un acide aminé
fonction
amine
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fonction
acide
2
1
II - Principaux acides aminés
Acides aminés non polaires
Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine, Proline
Acides aminés polaires, non chargés, avec OH ou S
Sérine, Thréonine, Cystéine, Méthionine
Acides aminés avec une fonction acide ou amide
Acide aspartique, Acide glutamique, Asparagine, Glutamine
Acides aminés basiques
Histidine (noyau imidazole), Lysine, Arginine (groupement
guanidium)
Acides aminés aromatiques
Phénylalanine, Tyrosine, Tryptophane (noyau indole)
3
Structure à pH 7,0
NOM
Acide
aspartique
Classe R
pK1
pK2
pK3
pHi
acide
2,0
9,9
3,9
2,95
acide
2,1
9,5
4,1
3,10
hydrophobe
2,4
9,9
basique
1,8
9,0
amide
2,1
8,8
contenant
un S
1,9
10,8
amide
2,2
9,1
+
NH3
Asp (D)
-OOC -
CH2 - C - COOH
Acide
glutamique
Glu (E)
+
NH3
-OOC - CH - CH - C - COO2
2
H
+
NH3
Alanine
Ala (A)
CH3 - C – COO-
6,15
H
+
NH3
Asparagine
Asn (N)
H2 N - C - NH - CH2 - CH2 – CH2 – C – COO+
NH2
H
=
Arginine
Arg (R)
12,5
10,75
+
NH3
H2N - CO - CH2 - C – COO-
5,45
H
NH+3
Cystéine
Cys (C)
HS - CH2 - C – COO-
H
8,3
5,10
NH3+
Glutamine
Gln (Q)
H2N - CO - CH2 - CH2 - C – COOH
5,65
4
2
Structure à pH 7,0
NOM
Classe
pK1
pK2
pK3
hydrophobe
2,4
9,8
basique
1,8
9,2
hydrophobe
2,3
9,8
6,05
hydrophobe
2,3
9,7
6,00
basique
2,2
9,2
contenant
un S
2,1
9,3
aromatique
2,2
9,2
pHi
NH +
3
Glycine
H - C – COO-
Gly (G)
H
Histidine
N
3HC -
Isoleucine
NH
+
NH3
CH - C – COONH3+
CH - CH2 - C – COO-
Leu (L)
3HC
H
NH3+
+
Lys (K)
7,60
H
3HC
Lysine
6,0
H
CH2
Ile (I)
3HC
Leucine
NH3+
CH2 - C – COO-
His (H)
6,10
H3N - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - C – COO-
10,5
9,85
H
NH3+
Méthionine
Met (M)
3HC - S - CH2 - CH2 - C – COO
H
NH+
5,70
3
CH2 - C – COO-
Phénylalanine Phe (F)
5,70
H
5
Structure à pH 7,0
NOM
Proline
Pro (P)
Sérine
Ser (S)
+
COO-
N
H H
NH+3
HO - CH2 - C - COO-
Classe
pK1
pK2
pK3 pHi
hydrophobe
2,0
10,6
6,30
alcool
2,2
9,2
5,70
alcool
2,1
9,1
5,60
aromatique
2,2
9,2
10,1 5,70
aromatique
2,4
9,4
5,90
hydrophobe
2,2
9,7
5,95
H
NH+3
Thréonine
Thr (T)
CH3 - CHOH - C - COOH
NH+3
Tyrosine
Tyr (Y)
CH2 - C - COO-
HO
H
NH+
3
Tryptophane
CH2 - C - COO-
Trp (W)
N
H
3HC
Valine
Val (V)
3HC
H
NH+3
CH - C - COOH
6
3
II - Principaux acides aminés
• Acides aminés essentiels (indispensables)
Non synthétisés par l’homme, ils doivent
obligatoirement provenir de l’alimentation :
His (H), 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 pH
COOH
COO
R - CH
COO-
R - CH
+
NH3
concentration
-
pKCOOH
pH << pHi
+
NH3
pH = pHi
R - CH
pKNH2
NH2
pH
pH >>pHi
Le pHi, caractéristique d’un acide aminé dans l’eau pure,
est la moyenne des pK entourant le zwitterion (chargé à
la fois + et -)
pKCOOH  2
pKNH2  9,5
pH
8
4
III - Propriétés acido-basiques
• Les acides aminés sont amphotères (à la fois acide
et base)
* Rappel de l’équation d’Henderson-Hasselbalch
Quand un acide HA faible est en solution, [HA] >>[ A-]
HA + H2O
↔
H3O+ + A-
pH = pKA+ log [A-]
[AH]
* 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 NaOH ou par HCl de l’Alanine
pH
[A-]
[AH]± = [A-]
pKNH2 =9,9
[AH]±
pHi =6,15
[AH2] + = [AH]±
2,4 = pKCOOH
[AH2] +
équivalent H+
1
0,5
0
0,5
1
équivalent OH -
10
5
III - Propriétés acido-basiques :
ionisation des acides aminés
Protonation de la chaîne latérale de l’Histidine
+
3HN
+
- CH - COO-
3HN
- CH - COO-
CH2
+
3HN
- CH - COOCH2
CH2
pH ↘
+
NH
N
HN
NH
+
HN
HN
Protonation de la chaîne latérale de l’Arginine
+
3HN
- CH - COO-
+
3HN
(CH2)3
NH
pH ↘
C
HN
NH2
+
2HN
+
- CH - COO-
3HN
- CH - COO-
(CH2)3
(CH2)3
NH
NH
C
C
NH2
2HN
+
NH2
+
3HN
- CH - COO-
(CH2)3
+NH
C
2HN
NH2
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.
COO-
+
3HN
C
H
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
V - Propriétés spectroscopiques
Spectres dans l’ultra-violet des 3 acides aminés
aromatiques
Absorbance
λmax (nm)
ε (M-1cm-1)
Phe (F)
257,4O
197OO
Tyr (Y)
274,6O
1420OO
Trp (W)
279,8O
5600OO
13
V - Propriétés spectroscopiques
Spectre de la Tyrosine en fonction du pH
Absorbance
pH = 13
pH = 6
Longueur d’onde (nm)
14
7
VI - Propriétés chimiques
• Solubilité
– Généralement solubles dans l’eau (= solution au
pHi de l’acide aminé)
– Davantage encore si pH très bas ou très élevé
• Réaction du groupe carboxyle
– Amidation (liaison peptidique) avec une amine
+ H2O
– Estérification avec un alcool
– Décarboxylation (voir plus loin)
15
VI – Propriétés chimiques
• Réactions du groupe amine
– Amidation avec un acide carboxylique
+ H2O
– Formation de base de Schiff (- CH = N -)
( par réaction avec un aldéhyde)
– Désamination (voir plus loin)
16
8
VI - Propriétés chimiques
Réaction avec la ninhydrine (1)
O
O
OH
O
+ H2O
OH
O
O
+ H2N – CH - COOH
- H2 O
R
H
O
OH
H
O
C=O
- CO2
N–C–H
N=C
R
R
O
O
17
VI - Propriétés chimiques
Réaction avec la ninhydrine (2)
OH
OH
H
H
+ H2O
NH2
N=C
+O=C
R
R
O
O
+
OH
O
O
- H2O
O
N
O
O
O
POURPRE DE RUHEMANN
max = 570 nm
18
9
VI - Propriétés chimiques
Réaction avec la ninhydrine (Cas de la proline)
O
O
OH
OH
+
HN
HN
OH
O
O
COOH
COOH
-CO2
O
O
-
OH
OH
HN
HN
O
O
19
max = 440 nm (jaune)
VI - Propriétés chimiques
Réaction spécifiques à la cystéine
* Formation de pont disulfure
Cystéine
OOC
Uniquement
en conditions
oxydantes
CH
CH
2
+
SH
HS
NH
+ 3
+
NH
CH
2
OOC
CH
C OO
Cystéine
O
2
H O
2 2
Cystine
3
CH
NH
+ 3
CH
2
S
S
CH
+
NH
2
CH
3
C OO
20
10
VII - Acides aminés particuliers
+
3HN
Hydroxylysine et hydroxyproline
+
NH3
- CH2 - CH - CH2 - CH2 - CH
COO-
OH
COO-
5-HYDROXYLYSINE
+
2HN
Sont présentes dans le collagène.
La réaction d’hydroxylation nécessite
la vitamine C.
Une carence en vitamine C entraîne
une maladie : le scorbut.
CH
2HC
CH2
C
H
OH
4-HYDROXYPROLINE
21
VII - Acides aminés particuliers
Dérivés de la tyrosine
TYROSINE
+
NH3
HO
CH2
CH
COO-
I
+
I
I
+
I
NH3
HO
CH2
O
CH
NH3
HO
CH2
O
CH
COOI
TRIIODOTHYRONINE
T3
COOI
I
THYROXINE
T4
T3 et T4 sont synthétisées par la glande thyroïde et sont des
hormones de régulation de la croissance et du développement
22
11
VII - Acides aminés particuliers
Dérivé de l’acide glutamique
+
NH3
-OOC - CH2 - CH2 - C - COOH
-OOC
+
CH2
CH2
CH2
NH3
GABA
(ACIDEGABA
γ-AMINOBUTYRIQUE)
(ACIDE  - AMINOBUTYRIQUE)
- 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
L’Histamine
NH+
3
+
CH2 - CH2 – NH3
CH2 - C - COO-
N
NH
H
N
NH
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
VII - Acides aminés particuliers
Dérivés du tryptophane
H
CH2
tryptophane
N
H
-
COO
C
NH3+
H
5-hydroxytryptophane
HO
CH2
C
-
COO
CH2
NH3+
N
H
-
COO
N
H
AUXINE : ACIDE INDOLACÉTIQUE
SÉROTONINE
HO
CH2
CH2
Végétal
NH3+
L’auxine est une hormone de
croissance végétale obtenue
par désamination du
tryptophane (et perte d’un C)
N
H
Animal
La sérotonine est un neurotransmetteur excitateur
obtenu par décarboxylation et hydroxylation du tryptophane
25
VII - Acides aminés particuliers
Dérivés de la phénylalanine
+
NH3
CH2
CH
COO -
Phénylalanine
HO
HO
+
HO
+
CH 2 CH2 NH3
HO
CH
CH2 NH2
CH3
OH
HO
DOPAMINE
+
HO
CH
ADRÉNALINE
CH2 NH3
OH
NORADRÉNALINE
Neuromédiateurs et/ou hormones obtenus par décarboxylation, hydroxylation
et méthylation de la phénylalanine
26
13
VIII- Différents rôles
RÔLE
Constituants
des hormones peptidiques
EXEMPLE
Insuline
Glucagon
Ocytocine
Vasopressine…
Constituants des protéines
Innombrables
Précurseurs d'hormones
Hormones thyroïdiennes
Adrénaline, noradrénaline
Neurotransmetteurs
Glycine
Adrénaline, noradrénaline
Acide glutamique
Neuropeptides
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, Noradrénaline)
Précurseurs des bases des acides nucléiques
27
14