BIOCHIMIE STRUCTURALE Les PROTIDES

IFTAB
BIOCHIMIE STRUCTURALE
Les PROTIDES
Christine CHEVALIER
Cours biochimie Protides IFTAB Christine CHEVALIER
1
2005-2006

BIOCHIMIE STRUCTURALE PROTIDES
Compétences attendues à l’issue du cours et des travaux dirigés
Décrire les caractéristiques des acides aminés naturels
Donner leur classification en fonction de la nature de leur radical et illustrer à l'aide d'exemples.
Décrire leurs propriétés physiques et chimiques en soulignant les propriétés originales dues à la
présence simultanée des fonctions amine et acide carboxylique.
Dégager les propriétés présentant un intérêt analytique.
Définir ion mixte, pH isoélectrique
Préciser les caractéristiques géométriques de la liaison peptidique.
Exposer les propriétés physiques et chimiques des peptides intéressantes pour l'analyse.
Donner un exemple de peptides d'intérêt biologique : ( glutathion, peptides hormonaux,
antibiotiques..)
Hiérarchiser et reconnaître les différents niveaux de structure des peptides et des protéines :
structure primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire.
Illustrer les différents niveaux de structure par des exemples simples
Définir les protéines fibreuses et les protéines globulaires.
Indiquer les liaisons chimiques faibles participant à la stabilisation des structures
tridimensionnelles.
Décrire schématiquement deux types de structure secondaire : hélice alpha et feuillet plissé
bêta.
Montrer le rôle des liaisons peptidiques et des liaisons hydrogènes dans ces architectures.
Mettre en évidence la relation entre l'intégrité de l'activité spatiale et l'activité biologique
Indiquer les principaux agents dénaturants
Décrire les propriétés exploitables dans la préparation et l'analyse des protéines : solubilité,
absorption de la lumière, diffusion, ionisation, réactions colorées, propriétés immunologiques.
Connaître les principes, l'intérêt et les limites des méthodes d'extraction, de fractionnement, de
purification, d'identification et de dosage appliqué aux protéines.
Définir holoprotéines et hétéroprotéines.
Donner des exemples de protéines globulaires et fibreuses.
Montrer à l'aide d'exemples la diversité des hétéroprotéines.
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Introduction........................................................................................................ 5
1 Les acides aminés.................................................................................. 5
1.1 Propriétés des acides aminés ...............................................................................8
1.1.1 Propriétés physiques ............................................................................................................... 8
1.1.1.1 Solubilité.............................................................................................................................. 8
1.1.1.2 Propriétés optiques : le pouvoir rotatoire ............................................................................ 8
1.1.1.3 Absorption lumineuse dans l’ultraviolet............................................................................... 9
1.1.2 Propriétés ioniques.................................................................................................................. 9
1.1.2.1 Cas des acides aminés neutres:......................................................................................... 9
1.1.2.2 Cas des acides aminés acides:......................................................................................... 12
1.1.2.3 Cas des acides aminés basiques:..................................................................................... 13
1.1.3 Propriétés chimiques communes à tous les acides aminés.................................................. 16
1.1.3.1 Propriétés de la fonction acide carboxylique -COOH ....................................................... 16
1.1.3.2 Propriétés de la fonction amine primaire –NH2................................................................. 16
1.1.3.3 Propriétés des fonctions –COOH et -NH2 conjointes........................................................ 18
1.1.4 Propriétés chimiques des chaînes latérales.......................................................................... 18
1.2 Méthodes de dosage et d’analyse des acides aminés ........................................19
1.2.1 Méthodes de dosage total ..................................................................................................... 19
1.2.1.1 Méthode de Kjeldahl ......................................................................................................... 19
1.2.1.2 Méthode de Sörensen....................................................................................................... 20
1.2.1.3 Dosage spectrophotométrique à la ninhydrine ................................................................. 20
1.2.2 Méthodes de dosage spécifiques de certains acides aminés ............................................... 20
1.2.2.1 Dosage spectrophotométrique dans l’ultraviolet............................................................... 20
1.2.2.2 Dosage spectrophotométrique dans le visible .................................................................. 20
1.2.3 Techniques de séparation des acides aminés ...................................................................... 20
1.2.3.1 l’électrophorèse................................................................................................................. 20
1.2.3.2 La chromatographie .......................................................................................................... 20
1.2.3.2.1 Chromatographie papier des acides aminés.....................................................21
1.2.3.2.2 Chromatographie sur couche mince des acides aminés (CCM) ......................22
1.2.3.2.3 Chromatographie ionique des acides aminés...................................................22
1.2.3.2.4 La chromatographie gazeuse (CG) ..................................................................23
1.2.3.3 L’électrochromatographie.................................................................................................. 23
2 les peptides........................................................................................... 24
2.1 Propriétés de la liaison peptidique et des peptides..............................................24
2.1.1 Séquence d’un peptide.......................................................................................................... 25
2.2 Détermination de la séquence d’un peptide ........................................................25
2.2.1 Détermination de la composition brute d’un peptide ............................................................. 25
2.2.2 Détermination de l’acide aminé N terminal............................................................................ 26
2.2.3 Détermination de l’acide aminé C terminal............................................................................ 26
2.2.4 Coupures spécifiques internes .............................................................................................. 26
2.3 Quelques peptides d’intérêt biologique ou alimentaire ........................................27
2.3.1 Peptides hormonaux.............................................................................................................. 27
2.3.2 Glutathion .............................................................................................................................. 28
2.3.3 Peptides antibiotiques ........................................................................................................... 28
2.3.4 Peptides d’intérêt alimentaire ................................................................................................ 29
3 Les protéines ........................................................................................ 29
3.1 Structure des protéines .......................................................................................29
3.1.1 La structure primaire.............................................................................................................. 30
3.1.2 La structure secondaire......................................................................................................... 30
3.1.2.1 L’hélice alpha .................................................................................................................... 31
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3.1.2.2 Le feuillet β........................................................................................................................ 33
3.1.3 La structure tertiaire............................................................................................................... 33
3.1.3.1 Maintien de la structure..................................................................................................... 34
3.1.3.2 Protéines globulaires......................................................................................................... 34
3.1.3.3 Protéines fibreuses............................................................................................................ 35
3.1.4 La structure quaternaire ........................................................................................................ 35
3.2 Propriétés des protéines......................................................................................36
3.2.1 Solubilité ................................................................................................................................ 36
3.2.2 Dénaturation .......................................................................................................................... 36
3.2.3 Propriétés optiques................................................................................................................ 37
3.2.4 Propriétés ioniques................................................................................................................ 37
3.2.5 Propriétés chimiques............................................................................................................. 37
3.2.6 Propriétés antigéniques......................................................................................................... 37
3.3 Méthodes de séparation des protéines................................................................37
3.3.1 Précipitation des protéines .................................................................................................... 37
3.3.2 Dialyse- Ultrafiltration ............................................................................................................ 37
3.4 Electrophorèse ....................................................................................................38
3.4.1 Electrophorèse en veine liquide ............................................................................................ 38
3.4.2 Electrophorèse de zone......................................................................................................... 38
3.4.3 La focalisation isoélectrique (IEF) ......................................................................................... 38
3.4.4 Electrophorèse bidimensionnelle........................................................................................... 39
3.4.5 L’isotachophorèse (ITP) ........................................................................................................ 39
3.5 Chromatographie.................................................................................................39
3.5.1 Chromatographie hydrophobe............................................................................................... 39
3.5.2 Chromatographie d’échange d’ions....................................................................................... 39
3.5.3 Chromatographie d’exclusion-diffusion ou Chromatographie de filtration sur gel................. 39
3.5.4 Chromatographie d’affinité .................................................................................................... 40
3.6 Analyse des protéines .........................................................................................40
3.6.1 Détermination du poids moléculaire ...................................................................................... 40
3.6.1.1 Méthode chimique............................................................................................................. 40
3.6.1.2 Chromatographie d’exclusion-diffusion............................................................................. 40
3.6.1.3 Electrophorèse en gel natif ............................................................................................... 41
3.6.1.4 Electrophorèse SDS-PAGE .............................................................................................. 41
3.6.1.5 Spectrométrie de masse ................................................................................................... 42
3.6.2 Détermination du pHi: Isoélectrofocalisation......................................................................... 42
3.7 Méthodes de dosages des protéines...................................................................42
3.7.1 Méthodes non spécifiques..................................................................................................... 42
3.7.2 Méthodes spécifiques............................................................................................................ 43
3.8 Les hétéroprotéines.............................................................................................43
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Introduction
Le terme protide regroupe des molécules de fonctions biologiques diverses mais possédant une
structure, une organisation proche.
Chimiquement les protides sont caractérisés par la présence d’azote en proportion importante(± 16
%) et d’un peu de soufre. Ils réagissent spécifiquement à la réaction du biuret et à la réaction
xanthoprotéique.
L’hydrolyse (coupure par l’eau) des molécules protidiques libère toujours un mélange de
composés à structure caractéristique : les acides aminés.
Le terme protide désigne donc l’ensemble des acides aminés naturels et de leurs
combinaisons chimiques qui sont les peptides (enchaînement d’un petit nombre d’acides
aminés, structure simple) et les protéines (enchaînement d’un grand nombre d’acides
aminés, architecture complexe).
Une molécule protidique peut s’associer avec d’autres molécules (ions métalliques, glucides,
lipides ou autres) par des liaisons covalentes ou de faible énergie. Une protéine formée
exclusivement d’acides aminés est une holoprotéine, si un composé, appelé groupement
prosthétique, est lié à la chaîne protéique, la protéine est une hétéroprotéine.
Acides aminés Peptides Protéines (polypeptides)
n ≥ 100
Oligo
Peptide
n ≤ 10
Holo
protéines Hétéro
protéines
Acides aminés
Hydrolyse
Groupement
prosthétique
Hydrolyse HydrolyseHydrolyse
Peptide
n ≤ 100
Composés protidiques
1 Les acides aminés
Un acide aminé ou aminoacide est un composé comportant toujours une chaîne carbonée plus ou
moins longue, une fonction acide carboxylique (-COOH) et une amine qui, à une exception près,
est une amine primaire (-NH2). Dans les acides aminés naturels, qui constituent les peptides et
protéines, ces deux fonctions sont supportées par le même carbone, noté carbone α, d’où le terme
d’acides α aminés.
La formule générale est donc:
R-CH-COOH
|
NH
2
Les 20 acides aminés naturels se distinguent entre eux par la structure de R qui est nommé radical
ou chaîne latérale. R peut être un radical purement hydrocarboné ou comporter un groupement
fonctionnel.
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