Acide α-aminés
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Acide α-aminés Voici la représentation de 2 acides aminés : H3C CH2 CH2 O O CH C H2N OH H2N CH2 CH2 CH2 C CH2 OH 1. Entourer et nommer les groupes caractéristiques des molécules. Groupe amino : - NH2 Groupe carboxyle : - COOH 2. Les acides α-aminés jouent un rôle fondamental en biochimie comme constituants élémentaires des protéines : ils polymérisent en formant des liaisons peptidiques qui aboutissent à de longues chaînes macromoléculaires appelées peptides. Lequel de ces deux acides correspond à un acide α-aminé ? Le premier est un acide α-aminé : le groupe amino est sur me carbone α, 1er carbone après COOH 3. L’alanine est un des 22 acides aminés codés génétiquement. Sa chaine est constituée de 3 carbones. Donner la formule semi-développée de l’alanine. H3C O O CH C H2N OH H2N OH 4. L’alanine possède 2 pKa : pKa1=2,33 et pKa2=9,71 à 25 °C. Comment expliquer cette propriété ? Le groupe amino – NH2 confère à la molécule une identité de base. Le groupe – COOH confère à la molécule une identité d’acide. A chacun de ces groupes correspond un couple acido-basique de pKa différent. 5. Le pKa d’un couple acide carboxylique/ion carboxylate est en général compris entre 2 et 5 ; le pKa’ d’un couple ion ammonium/amine est en général compris entre 9 et 10. Compléter le diagramme suivant, en donnant sur un même axe les domaines de prédominance des espèces suivantes : R-COOH, R-COO- ; R’-NH3+ ; R’-NH2. pKa 0 R-COOH / R-COOR’-NH3+ / R’-NH2 pKa’ 14 R – COO- R- COOH R’ – NH3+ R – NH2 pH 6. Donner le diagramme de prédominance de l’Alanine. En déduire les couples acido-basiques de l’alanine. 14 pKa2 pKa1 0 pH O + H3N Charge globale O + OH H3N O +1 O - H2N O 0 - -1 7. Indiquer sous chacune des formes de l’alanine sa charge globale. Remarque : on appelle zwitterion l’ion neutre. 8. L’alanine est créée dans les cellules musculaires dont le pH est 7. Sous quelle forme l’alanine est obtenue ? L’alanine est obtenu sous la forme de son zwitterion (forme neutre) : O + H3N O - 9. La lysine est un acide α-aminé dont la formule semi-développée est la suivante : O H2N OH NH2 Cette molécule possède 3 pKa : pKa1 = 2,15 pKa2 = 9,16 pKa3 = 10,67 Information : le groupe amino R – NH2 est une base plus forte que le groupe α-amino. Tracer le diagramme de prédominance de la lysine. Indiquer la charge globale de chacune des formes. pKa2 pKa1 0 OH O O + - O + H3N Charge globale +2 O + NH3 - + +1 O O NH2 H3N - O NH3 H3N 14 pKa3 + 0 NH2 H2N -1 10. On cherche à séparer un mélange d’alanine et de lysine. On utilise pour cela une technique appelée électrophorèse, basée sur la migration différentielle de molécules ionisées, déposées sur un support soumis à une différence de potentiel. Pour cela, on dépose sur une bandelette de papier imprégnée d’une solution aqueuse de pH = 6, une goutte d’un échantillon contenant le mélange.. La bandelette de papier est connectée à un générateur de tension constante qui la soumet à une différence de potentiel : Résultat : − + Justifier le résultat obtenu. La tension imposée aux bords de la feuille imbibée a pour effet de créer un champ électrique E orienté de la cathode vers l’anode du générateur. En présence de ce champ, seule une particule globalement chargée (q) se met en mouvement sous l’action de la force F q E Or à pH = 6, l’alanine est majoritairement sous forme de son zwitterion neutre, alors que la lysine est sous forme d’un ion chargé +1. Seule la lysine sera soumise à une force électrique orientée dans le même sens que le champ électrique. La lysine se déplace vers l’anode (borne – du générateur), alors que l’alanine ne bouge pas. E − + F Lysine Alanine Exercice n°4 P354 a. Les groupes carboxyle CO2H et amine NH2 ont des propriétés acido-basiques. b. Le pKa du couple -CO2H/-CO2 vaut 2,3 ; celui du couple –NH3+/-NH2 vaut 9,7. c. On trace les domaines de prédominance de l’acide et de la base de chaque couple puis on combine les deux diagrammes : d. D’après le diagramme, à pH = 7,5, l’espèce prédominante est : Exercice n°29 P361 Voici les modifications à prendre en compte et qui ont été modifiées dans la deuxième version du manuel élève : - la « valine » remplace partout dans l’exercice la « proline » ; - pKa1 = 2,3 et pKa2 = 9,6. 1. a. b. Dans l’intervalle [0 ; 2,3], le groupe carboxyle est neutre et le groupe amino possède une charge +I. L’acide aminé possède donc une charge globale +I. Dans l’intervalle [2,3 ; 9,6], le groupe carboxyle possède une charge -I et le groupe amino possède une charge +I. L’acide aminé possède donc une charge globale –I + I = 0. Dans l’intervalle [9,6 ; 14], le groupe carboxyle possède une charge -I et le groupe amino est neutre. L’acide aminé possède donc une charge globale -I. 2. a. b. Sur le diagramme ci-dessous on a remplacé les différentes formes par leur charge. Sur la dernière ligne on fait la somme des charges pour déterminer la charge globale de l’acide aspartique pour chacun des 4 intervalles de pH déterminés : c. À un pH égal à 7,0 par exemple, la valine est neutre et l’acide aspartique présente une charge –I. Exercice n°30 P 361 Voici la modification à prendre en compte et qui a été modifiée dans la deuxième version du manuel élève : la « valine » remplace la « proline ». Sur le papier, les espèces chargées positivement seront attirées par la borne – du générateur, les espèces chargées négativement par la borne + et les espèces neutres ne migreront pas. D’après l’exercice 29, à un pH égal à 6, l’acide aspartique possède une charge –I et la valine est neutre. On observera donc la migration de l’acide aspartique vers la borne + et une absence de migration de la valine.
