Synthèse peptidique
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Synthèse peptidique Objectif : à partir de documents relatifs à la synthèse peptidique, analyser les stratégies de synthèse in vitro et in vivo. A l'aide des documents ci-joints répondre aux questions suivantes. 1. a) Définir un peptide et une protéine. En quoi diffèrent-ils ? b) Citer quelques-uns de leurs rôles biologiques. c) Définir une liaison peptidique. Quelle est sa géométrie ? Justifier et discuter les conséquences. d) Qu’entend-on par structures primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire des polypeptides ? e) A partir de combien d'acides α-aminés différents sont formées les protéines humaines ? On appellera N la valeur proposée. f) La glutathione est un tripeptide présent dans beaucoup de cellules qui les protège des agents oxydants. Si l'on dispose d'un mélange de N (valeur trouvée précédemment) acides α-aminés, combien de tripeptides différents peut-on obtenir ? Conclure. 2. Synthèse de l'aspartame : un exemple de dipeptide a) Pourquoi est-il nécessaire de protéger certaines fonctions ? Indiquer quelles sont les étapes de protection. Nommer les fonctions mises en jeu avant et après protection. Justifier le terme de protection. b) Indiquer quelles sont les étapes d'activation. Nommer les fonctions mises en jeu avant et après activation. c) Interpréter la régiosélectivité de l'étape 3 du document 2. d) Donner le (ou les) mécanisme(s) de l'étape 5. Justifier le rendement obtenu. e) Quel est l'inconvénient d'une stratégie de synthèse organique utilisant de nombreuses protections/déprotections ? 3. Protections – Activations Souvent, en synthèse peptidique, la fonction amine d’un des acides aminés est bloquée par un groupement t-butoxycarbonyle (appelé Boc) et l'étape de couplage utilise la méthode dite des "esters activés" dont l'un des exemples phares est la méthode au DCC-HOBt. a) Réaction de protection par le groupe Boc a1) Préciser le comportement électrophile ou nucléophile de chacun des réactifs. a2) Proposer un mécanisme pour cette réaction en milieu basique. a3) Proposer un mécanisme pour l'étape de déprotection. b) Couplage au DCC-HOBt b1) Proposer un mécanisme pour la formation de la O-acylurée. b2) Pourquoi le carbonyle de la O-acyl urée formée est-il plus réactif que le carbonyle d’une fonction acide carboxylique ? b3) Justifier pourquoi l'étape de couplage est quantitative (ou presque). 4. Synthèse en phase solide On désire synthétiser le dipeptide Val-Ala par synthèse en phase solide (pour Val, R = –CHMe2 et pour Ala, R = –Me). On dispose de la résine de Merrifield, copolymère styrène-divinylbenzène dont certains cycles contiennent le substituant –CH2–Cl. Pour simplifier le raisonnement, la résine sera notée Res–CH2–Cl. a) Quel amino-acide accroche-t-on en premier sur la résine ? Justifier. b) Proposer des conditions opératoires pour cette étape d'accrochage et écrire son mécanisme. 5. Stratégie globale de synthèse peptidique On désire synthétiser un peptide constitué de 60 amino-acides. Les AA protégés sur la fonction amine ainsi que sur leurs chaînes latérales sont commerciaux. Pour chaque résidu, on suppose que la séquence "activation de COOH - couplage - déprotection de NH2" a un rendement de 98%. a) Calculer le rendement de synthèse si on utilise une synthèse séquentielle. Commenter. b) Proposer une meilleure stratégie et donner son rendement. 6. Dégager les analogies et les différences entre la synthèse in vivo des peptides et leur synthèse in vitro sur phase solide. 7. Commenter la figure 3 du document 7. 1 Document n°1 Les acides aminés et la synthèse peptidique Publié le peptidique 15/05/2013 sur http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/les-acides-aminés-et-la-synthèse- 1. Introduction Les protéines, un assemblage tridimensionnel d’acides aminés, sont omniprésentes dans nos organismes. Elles assurent une multitude de fonctions biologiques (régulation des gènes, structure des cellules, rôle de catalyseur des processus biologiques…) Après avoir étudié la nature de ces macromolécules, on s’intéressera à la synthèse peptidique, c’est-à-dire à la synthèse des protéines. Un bref rappel des étapes des mécanismes cellulaires permettra de comparer cette synthèse in vivo à la synthèse dite in vitro, mise en place par les chimistes. Pourquoi recréer des protéines ? D’un point de vue fondamental, on doit au physicien Richard Feynman (Prix Nobel 1965) la citation « What I cannot create, I do not understand » (Ce que je ne peux pas créer, je ne le comprends pas ). En synthétisant les protéines de leur choix, les scientifiques peuvent mieux les étudier et comprendre leurs modes de fonctionnement. D’un point de vue plus pratique, on souhaite synthétiser les protéines cibles pour mettre à contribution leurs multiples fonctions. 2. Macromolécules 2.1 Acide α-aminé Structure Générale : Un acide α-aminé est un composé polyfonctionnel, possédant à la fois un groupe caractéristique –COOH et un groupe caractéristique –NH2. En milieu biologique, où le pH est souvent tamponné aux alentours de 7 (pH physiologique), les acides α-aminés sont chargés, d’une part négativement avec le groupe –COO- (pKa=3) et d’autre part positivement, avec le groupe –NH3+ (pKa=9). L’atome de carbone dit « en alpha », c’est-à-dire immédiatement voisin du groupe –COOH, porte une chaîne carbonée appelée chaîne latérale (Figure 1). Fig. 1 : Structure générale d’un acide α-aminé, avec la fonction amine en bleu et la fonction acide carboxylique en rouge. Le groupe R représente la chaîne latérale de l’acide aminé. Les 20 acides α-aminés naturels : La chaîne latérale donne son nom à l’acide α-aminé considéré. Il ne s’agit pas de nomenclature systématique, mais de noms d’usage. Dans le corps humain, il y a 20 acides α-aminés différents, bien que l’un d’entre eux, la proline, fasse plus rigoureusement partie de la famille des imino acides. Pour plus de commodité, un code international de correspondance à 1 et 3 lettres peut être utilisé pour désigner chacun de ces vingt acides aminés. Le groupe R est souvent appelé « résidu » et peut comporter des groupes caractéristiques (Les Acides Aminés [1]). Selon la nature la chaîne latérale, l’acide α-aminé considéré aura différentes propriétés. Une chaîne alkyle engendrera un caractère plus hydrophobe, la présence d’une fonction alcool un caractère plus hydrophile. La charge totale de l’acide α-aminé peut également varier selon la présence de groupes chargés dans la chaîne latérale (–COO-, –NH3+...). Fig. 2 : Un centre stéréochimique des acides α-aminés : l’atome de carbone asymétrique est dans un environnement tétraédrique. Une particularité notable dans ces composés est le fait qu’un seul énantiomère est présent dans la nature. Dans les cas où la molécule possède 2 atomes de carbone asymétriques, un seul des diastéréoisomères est présent dans la nature. En nomenclature de Cram, les acides α-aminés possèdent une configuration S, à l’exception de la cystéine qui a une configuration R. 2 2.2 Peptide Liaison peptidique : Un peptide est un enchaînement d’acides α-aminés. Lorsqu’un grand nombre (plus d’une dizaine) d’acide α-aminés sont reliés entre eux, la macromolécule est appelée protéine. Les acides aminés sont reliés entre eux par une liaison peptide (Figure 3). Fig. 3 : Formation d’une liaison peptide (entourée). Les groupes réagissant ensemble sont encadrés. Il s’agit d’une liaison amide obtenue par réaction d’une fonction acide carboxylique et d’une fonction amine et qui libère une molécule d’eau. Les quatre atomes (C, N, O et H) sont dans un même plan, c’est-à-dire que les liaisons sont coplanaires. Polymère d'acides α-aminés : L’exemple précédent montre l’obtention d’un dipeptide, c’est-à-dire d’une molécule composée de 2 acides αaminés. Le dipeptide conserve une fonction amine primaire, du côté du N-terminus, et une fonction acide carboxylique de l’autre côté, au C-terminus. Le dipeptide possède ainsi les mêmes groupes fonctionnels que l’acide α-aminé, et peut ainsi continuer à réagir pour conduire à un polymère. Peptide et protéines : Traditionnellement, la séquence d’acides α-aminés composant un peptide est lue du N terminus au C terminus. Il est en effet capital de distinguer l’ordre d’enchaînement des acides α-aminés, car les peptides obtenus ne possèdent pas les mêmes propriétés. Fig. 4 : Exemples de dipeptides et de tripeptides. Les peptides et protéines sont des composés de masses molaires très variées. Certains peptides sont relativement petits (moins d’une dizaine d’acides aminés), mais les protéines sont des macromolécules qui possèdent des masses molaires très élevées. La taille d’une protéine est très variable, et pour chaque unité « acide α-aminé » il existe 20 composés différents, il est donc peu surprenant qu’il existe un large éventail de protéines dans la nature, remplissant des rôles tout aussi variés. 3 Document n°1b Traité de chimie organique de Vollhardt et Schore, De Boeck Université, 2ème édition Les protéines se replient sous forme de feuilles plissées ou d'hélices : structures secondaires et tertiaires Tandis que la séquence des acides aminés de la chaîne définit la structure primaire, son motif de pliures soustend la structure secondaire dudit polypeptide. La structure secondaire est surtout le résultat de la rigidité des liaisons amide et de la maximalisation des interactions par liaisons hydrogène et autres liaisons non covalentes au sein de la (des) chaîne(s). Il existe deux arrangements importants : la structure en feuille plissée, ou configuration , et l'hélice . Figure 26.3 A (A) La structure en feuille plissée, ou configuration , qui est maintenue en place par des liaisons hydrogène (lignes en pointillé) entre deux brins polypeptidiques. (D'après « Proteins », par Paul Doty, Scientific American, septembre 1957, Copyright ©, 1957, Scientific American, Inc.) B (B) Les liaisons peptidiques définissent les divers feuillets ; les positions des chaînes latérales, R, se présentent alternativement au-dessus et en dessous des plans desdits feuillets. Les lignes pointillées représentent des liaisons hydrogène avec une chaîne voisine ou avec l'eau. Dans la structure en feuille plissée (figure 26.3), deux chaînes se placent parallèlement de manière à faire correspondre les groupes amino d'un peptide avec les groupes carbonyle d’un second, en regard desquels des liaisons hydrogène peuvent alors se former. De telles liaisons peuvent également apparaître dans une seule chaîne si celle-ci se replie sur elle-même. Les diverses liaisons hydrogène de ce type peuvent conférer une rigidité considérable au système. Les plans définis par les liaisons amide adjacentes forment entre eux un angle précis, ce qui donne lieu à une géométrie qui correspond à la structure en feuille plissée. L'hélice (figure 26.4) permet de réaliser des liaisons hydrogène intramoléculaires entre les acides aminés avoisinants d’une même chaîne. On trouve en général 3,6 acides aminés par enroulement de l'hélice, avec une période d’identité de 5,4 Å. Les polypeptides n’adoptent pas tous des structures idéalisées telles que celles-ci. Si trop de charges du même signe apparaissent tout au long de la chaîne, la répulsion électrostatique va encourager une orientation plus désorganisée. De plus, l'encombrante proline, étant donné que l'azote aminé y fait partie du substituant vu sa cyclisation, peut provoquer un tortillement ou un coude dans l’hélice . 4 Figure 26.4 L'hélice , dans laquelle la chaîne de polymère est arrangée sous forme d 'une spirale à pas droit maintenue en forme de manière rigide par des liaisons hydrogène intramoléculaires. (D'après « Proteins », par Paul Doty, Scientific American, septembre 1957, Copyright ©1957, Scientific American, Inc.) Finalement, le plissement, l 'enroulement et les autres processus d 'agrégation des polypeptides aboutissent à ce que l'on appelle leur structure tertiaire. Diverses forces, provenant toutes des groupes R, entrent en jeu pour stabiliser de telles molécules : celles-ci comprennent des ponts disulfure, des liaisons hydrogène, des forces de London ainsi que des attractions et des répulsions électrostatiques. Y interviennent aussi des effets micellaires : le polymère adopte une structure qui rend maximale l'exposition des groupes polaires à l'environnement aqueux, tout en minimisant l'exposition des groupes hydrophobes (par ex., alkyle et phényle). Des repliements prononcés s'observent dans le cas des protéines globulaires, dont bon nombre réalisent des transports chimiques ou de la catalyse (par ex., la myoglobine et l'hémoglobine). Dans les protéines fibreuses, telle la myosine (dans le muscle) et l'-kératine (dans les cheveux, les ongles et la laine), diverses hélices sont enroulées de manière à produire une superhélice (figure 26.5). Figure 26.5 Représentation idéalisée d'une superhélice, c'est-à-dire d'une hélice dans une hélice. La structure tertiaire des enzymes et des protéines transporteuses (protéines qui véhiculent des molécules d'un endroit vers un autre) fait généralement apparaître des cavités tridimensionnelles, qu'on appelle des sites actifs. La taille et la forme de ces sites actifs offre un « emboîtement » potentiel tout à fait spécifique pour tel ou tel substrat, c'est-à-dire pour la molécule qui fait l’objet du rôle de ladite protéine. Typiquement, la surface interne de la cavité contient un arrangement particulier de chaînes latérales d'acides aminés polaires qui attirent les groupes fonctionnels du substrat ciblé par des liaisons hydrogène ou par des interactions ioniques. Dans les enzymes, le site actif présente des groupes fonctionnels de même que des molécules d'appoint d’une manière telle que sa réaction avec le substrat soit favorisée. La dénaturation, ou démantèlement de la structure tertiaire d'une protéine, provoque habituellement la précipitation de ladite protéine et annihile toute son activité catalytique. La dénaturation est provoquée par l'action de la chaleur ou par des pH trop acides. Que l’on songe, par exemple, à ce qui se passe lorsqu'un blanc d’œuf est déversé dans une poêle à frire chaude ou lorsqu’on ajoute du lait à du thé citronné. Certaines molécules, comme par exemple l’hémoglobine adoptent également une structure quaternaire, dans laquelle deux ou plus de deux chaînes d'acides aminés, chacune possédant sa propre structure tertiaire, se combinent pour former un assemblage plus volumineux. 5 Document n°2 http://cache.media.eduscol.education.fr/file/SPC/96/2/Agir_Activite-documentaireProtection_des_fonctions_organiques_v2_222962.pdf L'étape n°3 se fait à basse température. –Z ou –Cbz = –CO–O–CH2–Ph –Bz = –CH2–Ph –Ph = –C6H5 6 Document n°3 LOEUILLET D. " Synthèse peptidique : A - La chimie des acides α-aminés ", Bull. Un. Phys., février 2014, vol. 108, n°961, pp. 219-237 3.1. Groupements protecteurs de la fonction amine L’objectif est de transformer le groupe amine en un groupe moins réactif de manière renversable sans affecter le lien peptidique. Le groupe amide répondrait au premier critère mais pas au second. Le groupe le plus utilisé est le groupe carbamate : R–O–CO–NH–R’. 3.1.1. Groupement Benzyloxycarbonyle ou Cbz (ou Z) Dès 1932, BERGMANN and ZERVAS proposent le groupe benzyloxycarbonyle comme méthode de protection [4]. Le réactif est le chlorométhanoate de phénylméthyle (ou chloroformiate de benzyle) introduit à 0°C, en milieu aqueux biphasique légèrement basique pour conserver au groupe –NH2 son caractère nucléophile (conditions de SCHOTTEN–BAUMANN). On obtient le groupe phénylméthyloxycarbonyle ou carbobenzoxy noté Z ou Cbz. R O + H2N + COOH Cl O R O - HO + = Ph - + H2 O COOH NH O Ph Cl - - H2O Cl Cbz-AA + + = On effectue la déprotection le plus souvent par hydrogénolyse catalysée par le Palladium sur Charbon ce qui permet de travailler en milieu de pH neutre si nécessaire. AA chloroformiate de benzyle + HO + R R O + + = COOH NH O Ph H2 H2N Cbz-AA H2 + = + Ph CH3 CO2 COOH AA Ph CH3 + CO2 + ................................................. 3.1.2. Groupement tert-Butyloxycarbonyle ou Boc La protection par le groupe 1,1-diméthyléthoxycarbonyle ou tert-Butyloxycarbonyle noté Boc, se réalise essentiellement par action du dicarbonate de di-tert-butyle (Boc2O) sur l’aminoacide selon la réaction d’équation : R O + H2N AA + = COOH O O O = Boc-AA OH + + CO 2 COOH NH O dicarbonate de di-tert-butyle ou Boc2O + R O O + t-Bu-OH CO 2 Une fonction carbamate a été formée. D’autres réactifs peuvent être utilisés comme Boc–Cl mais ils se révèlent plus difficiles d’emploi que Boc2O car plus instables. La déprotection s’effectue en présence d’acide fort dilué (HCl ou TFA, acide trifluoroacétique). Si le milieu est anhydre, la formation de 2-méthylpropène gazeux selon la réaction d’équation ci-dessous, favorise le rendement ainsi que les étapes de purification : O R R + + O NH Boc-AA H = + CO 2 + COOH + + H3N + H = + CO 2 COOH + + H3N-AA Le groupe Boc ne réagit ni en milieu basique modéré ni en milieu nucléophile car il est trop encombré. En revanche, lors de sa déprotection en milieu acide, la formation du carbocation peut conduire à des réactions d’alkylation non désirées ; dans ce cas on travaille en présence de piégeurs de carbocations comme le benzènethiol, Ph–SH. 7 ................................................................ 4. ACTIVATION-COUPLAGE Une fois les groupes protecteurs choisis, il est nécessaire de disposer de réactions de formation de liaison peptidique c’est-à-dire d’une fonction amide de rendement élevé. ............................................................... 4.2. Esters activés Contrairement aux esters « classiques » utilisés pour protéger les fonctions alcools (respectivement les fonctions acides carboxyliques), les esters activés sont formés entre un groupe –COOH d’un aminoacide et un alcool labile (ou par extension une fonction hydroxyle labile). L’un des premiers exemples utilisés a été le nitrophénol puis la méthode de couplage dite au DCC ou dicyclohexylcarbodiimide s’est largement répandue. Elle utilise comme groupe hydroxylé du 1-hydroxybenzotriazole ou HOBt (cf. schéma 15). N N N C N N OH DCC ou dicyclohexylcarbodiimide 1-hydroxybenzotriazole Schéma 15 : Formules du DCC et de HOBt Il est acquis qu’il se forme dans un premier temps une O-acylurée instable sur laquelle HOBt réagit rapidement pour former un ester activé. Le couplage se fait par assistance anchimérique c’est-à-dire que l’approche de l’aminoacide dont le groupe –NH2 est libre, est facilitée par la formation de liaison hydrogène avec le cycle triazolique. Ces différentes étapes sont résumées dans le schéma 16. Le phénomène d’assistance est détaillé dans le schéma 17. Malgré la présence de HOBt, de nombreuses réactions parasites peuvent intervenir. On observe un réarrangement de la O-acylurée en N-acylurée inactive ce qui entraîne une perte en acide aminé R2COOH. De plus si le DCC est introduit en défaut par rapport à l’aminoacide, on peut former un anhydride symétrique par action d’une seconde molécule R2COOH sur la O-acylurée. Enfin la dicyclohexylurée (DCU) formée pose des problèmes de solubilité. En revanche, on a montré que l’utilisation de HOBt permet de limiter les réactions de racémisation du carbone α de l’aminoacide. 8 Cy 1° Formation de la O-acylurée O O NH N + R2 O C R2 N OH N DCC 2° Formation de l'ester activé O O R2 O N NH O HOBt NH R2 + O N NH N N DCU 3° Couplage R1 O R2 O N NH NH2 R2 R1 + O N HO N N N N R2COOH représente AA2 dont la fonction COOH est libre R1NH2 représente AA1 dont la fonction NH2 est libre Schéma 16 : Intermédiaires présents dans le mécanisme de couplage au DCC Liaison hydrogène N N H O NH R Rapprochement spatial des deux groupes qui doivent réagir O 1 N R 2 R2COOH représente AA2 dont la fonction COOH est libre R1NH2 représente AA1 dont la fonction NH2 est libre Schéma 17 : Assistance anchimérique 9 Document n°4 La chimie et la santé, coordonné par Minh-Thu Dinh-Audouin, Rose Agnès Jacquesy, Danièle Olivier et Paul Rigny, EDP Sciences, 2010, isbn : 978-2-7598-0488-7, p. 77 2.2.2. La synthèse peptidique en phase solide : un outil remarquable au service de la recherche thérapeutique La synthèse en phase solide trouve une application de choix dans la synthèse de peptides. Les peptides sont de petites protéines très étudiées dans la recherche pharmaceutique. On peut aisément le comprendre. En effet, d’une part, notre corps est constitue de millions de protéines, et les chercheurs ont besoin d’en reconstituer au laboratoire, du moins par fragments, afin de réaliser des expériences permettant de visualiser comment fonctionnent dans nos cellules les enzymes, hormones, récepteurs, anticorps, neurotransmetteurs, facteurs de croissance ou toute autre protéine. D'autre part, les peptides peuvent jouer un rôle plus concret pour la santé : ils sont utilises dans le développement de vaccins ou encore de tests diagnostiques. Les peptides sont tous structures selon un enchaînement de plusieurs briques élémentaires, les acides amines (il existe vingt acides amines naturels que notre corps se procure lorsque l'on mange de la viande notamment). Le caractère répétitif que présentent ces structures a donne des idées aux chimistes, et en particulier au prix Nobel de chimie Robert B. Merrifield, pour mettre au point une méthode de synthèse standard et automatisable de peptides, et ce, en phase solide. Les années 1960-1990 ont connu l'essor de la synthèse peptidique en phase solide. L’IDÉE GÉNIALE D’UN CHIMISTE QUI VOULAIT SYNTHÉTISER BEAUCOUP DE PROTÉINES, ET TRÈS VITE ! Depuis les travaux pionniers de Robert B. Merrifield (prix Nobel de chimie en 1963), la synthèse peptidique sur phase solide a connu un développement constant. Il existe deux approches de synthèse en phase solide : l'une est dite séquentielle et elle est adaptée pour la synthèse de peptides de petites et moyennes tailles ; pour les plus grands peptides, cette synthèse est inadaptée industriellement et l'on utilise la synthèse dite convergente (Figure 9). Un exemple de synthèse peptidique sur support solide, utilisant a la fois les deux approches, est celle du peptide T20 (Fuzéon Roche), dont l'action est d'empêcher l'entrée du virus VIH dans la cellule humaine. A. Synthèse séquentielle : en premier lieu, le premier acide aminé, d’abord « protégé », est greffé au support solide (boule bleue) ; après déprotection, on y greffe le deuxième acide aminé lui-même protégé ; on déprotège ce deuxième acide aminé, auquel on greffe alors le troisième, et ainsi de suite. B. Synthèse convergente : on assemble plusieurs fragments de peptides, obtenus chacun par synthèse séquentielle. 10 Document n°5 Université de Montpellier THESE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L'UNIVERSITE MONTPELLIER II Présentée par Nicolas RAYNAL le 12 décembre 2002 Les stratégies de synthèse peptidique utilisées en phase solide font appel à un même schéma : Accrochage du premier résidu N-protégé, déprotection de l’amine N-protégée, couplage d’un autre résidu N-protégé, etc. Le décrochage et la déprotection des chaîne lattérale est réalisé généralement lors de la même étape Schéma 4. R2 R2 11 Document n°6 Les acides aminés et la synthèse peptidique Publié le peptidique 15/05/2013 sur http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/les-acides-aminés-et-la-synthèse- 3. Synthèse in vivo 3.1 Description des éléments mis en jeu dans la cellule Les protéines nécessaires au bon fonctionnement d’un organisme sont produites dans les cellules, par lecture du code génétique contenu dans l’ADN. Comme les protéines, l’ADN est une macromolécule, mais son bloc unitaire est différent. Il s’agit d’acides nucléiques (les bases A, T, C, G), qui permettent à l’ADN d’adopter la forme d’une double hélice. Selon l’emplacement et la fonction de la cellule considérée, certaines portions de l’ADN vont être copiées sous forme de molécules d’ARN, qui est une macromolécule formée d’acide nucléiques légèrement différents par rapport à l’ADN (les bases A, U, C, G). Une enzyme, l’ARN polymérase, permet l’obtention des brins d’ARN, qui sont des copies partielles et beaucoup moins stable de l’ADN. Cette première étape est appelée transcription. Après quelques modifications, l’ARN sert de base pour le phénomène de traduction, effectué par les ribosomes, au cours duquel une séquence d’ARN est traduite en une séquence d’acide aminé (figure 5). Les acides α-aminés sont eux-mêmes fréquemment obtenus par digestion des aliments. Fig. 5 : Principe de la synthèse des protéines in vivo. 3.2 Etapes d'une synthèse de protéines Le ribosome est chargé d’établir un lien entre la séquence d’ARN et la séquence d’acides aminés à produire. Un véritable système de lecture est mis en place au sein du ribosome : Un ensemble de 3 acides nucléiques, connu sous le nom de « codon » est lu par le ribosome. L’acide aminé correspondant à ce codon est capté dans le milieu environnant, à l’aide d’un ARN de transfert possédant une séquence complémentaire au codon. L’acide aminé est ajouté à la chaîne d’acides aminés, par formation de liaison peptidique Le codon suivant est ensuite lu par le ribosome et le cycle d’élongation de la chaîne d’acides α-aminés continue Au cours des cycles d’élongation, l’enchaînement d’acide amine croît progressivement du N-terminus au C-terminus. Lorsque le ribosome atteint la fin de l’ARN, il relâche l’enchaînement d’acide aminés. Cette protéine peut ensuite subir des modifications, lors d’une phase de maturation. La structure tridimensionnelle de la protéine est fixée par la suite, souvent avec l’intervention de protéines dites chaperones, qui permettent d’obtenir les repliements souhaités. 12 Document n°7 http://biochimej.univ-angers.fr/Page2/COURS/7RelStructFonction/2Biochimie/1SyntheseProteines/1SyntheseP rot.htm Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 La transpeptidation ou formation de la liaison peptidique implique une attaque nucléophile du groupement aminé de l'acide aminé lié au groupement hydroxyle en 3' de l'adénosine terminale de l'ARNt au site A sur le groupement carbonyle de l'acide aminé (auquel est attaché le polypeptide naissant) lié par une liaison ester à l'ARNt au site P. La formation de la liaison peptidique est catalysée par le ribosome lui-même : elle est favorisée par la géométrie du "site actif" . 13 Document n°8 "Biologie moléculaire de la cellule", Alberts et coll, 5ème édition La formation de la liaison peptidique : cette réaction est catalysée par une sous unité ribosomique (c’est un cas de catalyse par un acide nucléique et non par une protéine) 14
