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Biochimie
Chapitre 1 – les acides aminés
CHAPITRE 1 – LES ACIDES AMINES
I.
Formule générale

Une fonction acide carboxylique

Une fonction amine
Fonction ionisable
Propriétés des AA se retrouvent dans les π => enzymes : régulation
Formule générale :
Ce sont des molécules organiques composés de CHOS. Comme leur nom l’indique ces
molécules vont présenter une fonction acide et une fonction amine.
Les AA rencontrés de façon courante dans les hydrolysa de π sont au nombre de 20. Ce sont
les AA dits ordinaires.
Pour réaliser l’hydrolyse chimique d’une π, on va la mettre en contact avec de l’HCl à 6M à
110 °C pendant plusieurs jours. Certains AA seront dégradés ou verront leur formule
modifiée.
Les fonctions amine et acide carboxylique sont portées par un C asymétrique. C’est pourquoi
on les appelle acidesαaminés.
II.
Principaux acides aminés
A) Les acides aminés aliphatiques
On a choisi de classer les 20 AA en fonction de la capacité que représente leur radical à
porter une charge ou non et à avoir une structure constituée de cycle.
 La glycine (GLY)
Le Cα de la GLY n’est pas C*, cet AA n’est pas optiquement actif.
 L’alanine (ALA)
Pas du tout polarisable
 La valine (VAL)

La leucine (LEU)
Pas polarisable
 L’isoleucine (ILE)
Tous ces AA sont sans charge, dans une π, les fonctions ionisables ne sont pas libres, elles ne
peuvent pas être chargées. Seul R peut-être chargé.
Bactérie => Σ de tous les AA
Homme => ne sait pas Σ tous les AA essentiels, on les trouve dans nos aliments
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B) Les acides aminés aromatiques
Double liaison => absorption
 La phénylalanine (PHE)

La tyrosine (TYR)
AA polarisable, parfois ionisable, parfois aromatique
 Le tryptophane (TRP)
PHE et TRP sont 2 AA essentiels. Le R de ces 3 AA va donner aux π qui les contiennent des
propriétés d’absorption de 260 < λ < 290 nm (UV).
C) Les acides aminés polaires

La sérine (SER)

La thréonine (THR)

La cystéine (CYS)
Ces AA sont dits polaires car on va trouver au niveau de leur R une faible charge.
Les fonctions OH et SH ne sont pas suffisamment dissociable pour qu’on les considère
comme ionisables.
CYS permet de fabriquer des ponts disulfures, généralement on ne les rencontre pas dans les
π intracellulaires mais plutôt chez les π excrétées.
 La méthionine (MET)
AA essentiel (on ne sait pas le Σ) source de CH3.
 L’asparagine (ASN)
NH2 pas fonction amine mais amide.
 La glutamine (GLN)
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D) Les acides aminés ionisables

L’acide aspartique (ASP)
COOH ionisable
 L’acide glutamique (GLU)

La lysine (LYS)
NH2 ionisable => AA basique
 L’arginine (ARG)
NH2 ionisable
 L’histidine (HIS)
AA basique (car à pHcellules => chargés - )
E) Les acides aminés rares
Fonction NH2 et COOH compactées
 La proline (PRO)

L’hydroxyproline (HYPRO)
III.
Les propriétés physiques
A) Propriétés optiques
Tous les AA présente un Cα* sauf la
GLY. Pour un AA : 2 représentations
spatiales possibles. Ces 2 molécules sont 2
isomères appelés énantiomères et ont des
propriétés optiques différentes. C’est
pourquoi,
par
analogie
avec
le
glycéraldéhyde (sucre), on aura un isomère
D et un L.
Les propriétés chimiques de ces 2 isomères
seront les mêmes. En fonction de la
complexité du R, certains AA vont
présenter des C* supplémentaires ce qui
va augmenter le nombre d’isomères.
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B) Absorption dans l’UV
Tous les AA présentent une absorption importante pour λ < 230 nm. Certains d’entre eux
vont également présenter une absorption pour 250 < λ < 300 nm grâce à la présence dans
leur R de cycle. Cette particularité permettra de doser ces AA mais aussi les π qui les ont
incorporés dans leur formule.
(TRP : 280 ; TYR : 275 ; PHE : 260)
C) Ionisation
Les AA sont dits ampholytes
Ka = [RCOO-][H+] / [RCOOH] : constante d’acidité
Par analogie avec la notion de pH (pH = -log[H+] )
pKa = -log(Ka)
Tous les AA possèdent au moins 2 fonctions ionisables : COOH et NH2.
Si on solubilise un AA dans de l’eau, en fonction du pH du milieu, il va se comporter comme
un acide ou comme une base. C’est pourquoi il est appelé ampholyte.
Nous allons adopter la définition la plus simple pour définir ce qu’est un acide et une base :
- acide : tout composé capable de céder un H+.
- base : tout composé capable de fixer un H+.
Cette réaction de dissociation correspond à un équilibre auquel on va appliquer la loi d’action
de masse. On va définir une constante d’acidité Ka avec le rapport des formes dissociées et
des formes non dissociées.
Plus un A est fort, plus il est dissocié.
Le Ka va traduire la force de l’A, il sera d’autant plus petit que l’acide AH est faible donc il
sera peu dissocié.
pKa = - log([RCOO-]/[RCOOH]) – log[H+]
pKa = pH – log [B]/[A]
pH = pKa + log [B]/[A]
Cette relation permet de calculer le pH d’un mélange acide faible AH / base conjuguée A- et
inversement il est possible de prévoir l’état de dissociation d’un acide faible quand on connait
le pH de la solution.
Par analogie, il est possible de définir une constante de dissociation basique Kb et donc un
pKb.
D’après la notion de couple A/B, le pKb est fonction du pKa et vice versa. En effet il a été
démontré que pKa + pKb = 14.
On a décidé que pKb était une constante inutile et pour caractériser un couple A/B on utilise
le pKa souvent appelé pK.
Cation (à pH acide)
Charge nette = +1
Zwitterion
Charge nette = 0
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Anion (à pH basique)
Charge nette = -1
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Lorsqu’on fait passer une solution d’AA d’un pH bas à un pH élevé, on observe une
modification de sa charge globale. On finit par trouver une valeur de pH où la molécule à une
charge globale neutre. Ce pH est appelé pH du point isoélectrique. A ce pH-là, cet AA ne
migrera pas si on le place dans un champ électrique.
La demi-équivalence donne le pKa.
On peut aisément étudier la dissociation des
≠tes fonctions ionisables d’un AA en
ajoutant un A ou une B et en mesurant le
pH à chacune des additions.
Sur les courbes de neutralisation des
fonctions des AA, on constate que s’ils ont 2
fonctions ionisables, on observe 2 zones où
un apport d’A ou de B se traduit par une
faible variation de pH, ce sont les zones
tampon.
Dans chacune de ces zones on trouve la
valeur de pH qui correspond à la demidissociation de la fonction.
En réalité il n’est pas toujours possible de titrer correctement les fonctions des AA. En
particulier parce que les valeurs des pKa sont à des niveaux extrêmes où l’électrode de verre
n’es pas performante.
On peut améliorer ce type de dosage en travaillant avec des solvants organiques.
IV.
Propriétés chimiques
A) Propriétés de la fonction amine
1) Réaction de SANGER
Les AA ont des fonctions amine et acide carboxylique qui leur sont communes. Certains vont
également posséder des fonctions sur leur R. Toutes ces fonctions vont leur conférer des
propriétés chimiques.
1-fluoro-2,4-dinitrobenzène (coloré en jaune)
Les H de la fonction NH2 des AA peuvent être remplacés par des R qui seront des chaînes
carbonées ou des cycles. C’est le cas de la réaction de SANGER puisqu’un H de la fonction
NH2 sera remplacé par le fluorodinitrobenzène. Cette molécule va colorer l’AA en jaune, ce
qui permettra après hydrolyse de déterminer le 1er AA d’une π.
2) Réaction d’EDMAN
Phénylisothiocyanate
Phénylthiohydrantoïne acide aminé
(PTHAA)
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La réaction avec le phénylisothiocyanate permet de détecter les AA qui ont réagi car il offre
une forte absorption dans l’UV.
3) Réaction avec la ninhydrine
En présence d’AA, la ninhydrine donne des composés bleu-violet. On pourra utiliser cette
propriété pour visualiser la présence d’AA après une chromatographie sur couche mince ou
une électrophorèse.
B) Propriétés de la fonction thiol
Le groupement thiol de la CYS peut s’oxyder, les 2 CYS se lient pour former une cystine.
Cette réaction va avoir lieu au sein d’une même π ou entre π ≠tes. Il se forme un pont
disulfure, ce qui donne une propriété tridimensionnelle à la molécule.
C) Réaction de BIURET
La coloration de BIURET donne une couleur violette lorsque du cuivre apporté sous forme
de CuSO4 est lus en contact avec des peptides ou π en milieu basique. La liaison avec le Cu
se fait par liaison de coordination. Ce type de liaison a lieu quand un atome donneur cède un
doublet d’e- à un atome accepteur.
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V.
Techniques séparatives
A) Chromatographie
Sous ce terme on rassemble l’ensemble des méthodes physiques qui permettent la séparation
de substances entre une phase stationnaire immobile et une phase mobile. La phase mobile a
pour rôle de transporter les molécules à analyser à travers la phase stationnaire. Plus le
trajet de séparation sera long, plus les substances seront séparées les unes des autres en
raison de l’interaction avec la phase stationnaire qui va durer + ou – longtemps.
1) Par échange d’ions
Cette méthode permet de séparer les AA et donc les π en fonction de leur charge. La phase
immobile va être constituée par une résine échangeuse d’anions ou de cations. Au pH de la
manipulation, si la résine porte des charges -, ce sont les molécules + qui vont être retenues.
Les molécules neutres et – vont être emportées avec l’éluant qui décide du pH de
l’expérimentation.
Evolution du pH et sortie des AA durant la manipulation.
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Si on utilise une colonne chargée – on va pouvoir fixer tous les AA et toutes les π en
travaillant à un pH très acide. Les molécules sont + et échangent des liaisons ioniques avec les
charges – de la résine. En basifiant le pH, les molécules passent par le pH de leur point
isoélectrique, elles deviennent neutres puis – et se détachent de la colonne. En ramenant le pH
à une valeur acide, la colonne est réutilisable.
Ceci peut permettre de déterminer le point isoélectrique et la concentration des molécules
donc de les caractériser.
2) En phase aqueuse
Si on veut doser des AA par chromatographie en phase gazeuse, on va d’abord les rendre
volatiles puis les séparer par passage à travers une colonne capillaire qui fait généralement 2
m de long et 0.1 mm de diamètre. L’intérieur de ce capillaire sera recouvert d’un film liquide
qui est la phase fixe. La colonne est dans un four pouvant être porté de 100 à 200 °C.
Plus les AA volatiles vont interagir avec la phase liquide stationnaire, plus ils mettront
longtemps à sortir.
3) D’adsorption
C’est la méthode la + récemment mise au point, il s’agit de la chromatographie d’adsorption
à très haute résolution, appelée aussi HPLC (hight liquid pression chromatography).
Dans ce cas, les AA vont être adsorbés sur une colonne de silice portant des longues chaînes
carbonées (18C). Cette phase immobile très hydrophobe va retenir + efficacement les AA
dont le radical est très hydrophobe.
Le suivi de la sortie de ces molécules peut se faire par une détection dans l’UV.
B) L’électrophorèse
Cette méthode de séparation est basée sur la ≠ce de vitesse de migration de molécules
chargées placées dans un champ électrique. La continuité électrique est assurée par un
électrolyte. En fonction du pH de l’électrolyte et du point isoélectrique des molécules à
séparer, elles vont être neutres, + ou – et vont soit aller sur l’anode, sur la cathode ou rester
sur place. Il faut ensuite colorer le résultat de l’électrophorèse en pulvérisant par exemple de
la ninhydrine. On peut identifier les AA d’un mélange si on a déposé des étalons purs.
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