Fiche de révision : Acides aminés et molécules bioactives

📋 Plan du Cours

1. Rôles libres des acides aminés
2. Catécholamines et dopamine
3. Hormones thyroïdiennes
4. Autres médiateurs dérivés des acides aminés
5. Phénylcétonurie et hyperaminoacidurie
6. Stéréochimie et ionisation
7. Pouvoir tampon et titration
8. Solubilité et réactivité des acides aminés
9. Détection spectrophotométrique
10. Séparation des acides aminés

📖 1. Rôles libres des acides aminés

★ À maîtriser

• L’ornithine et la citrulline interviennent dans le métabolisme azoté et le cycle de l’urée, mais ne participent pas à la synthèse des protéines.

• L’ornithine dérive de l’arginine et, après ajout de carbamoyl-phosphate, donne la citrulline, qui participe au cycle de l’urée et permet l’élimination de l’azote sous forme d’urée dans l’urine.

• Un neurotransmetteur est produit et libéré par un neurone dans la fente synaptique, puis se fixe sur un récepteur du neurone voisin pour transmettre l’information.

📌 Le glutamate et l’aspartate sont des acides aminés excitateurs, tandis que la glycine est inhibitrice et réduit la transmission nerveuse, notamment dans la moelle épinière.

Compléments

• La taurine, dérivée de la cystéine par oxydation puis décarboxylation, se conjugue aux acides biliaires primaires pour former des sels biliaires qui émulsionnent les lipides, notamment l’acide taurocholique.

📖 2. Catécholamines et dopamine

★ À maîtriser

• La tyrosine est un acide aminé aromatique doté d’un groupement phénol polaire et précurseur des catécholamines et des hormones thyroïdiennes.

• 🔄 La voie de synthèse suit cet ordre :

  1. La tyrosine est transformée en dopamine
  2. La dopamine est transformée en noradrénaline
  3. La noradrénaline est transformée en adrénaline

• Une hydroxylase ajoute un hydroxyle en position 3 du cycle de la tyrosine pour former le DOPA, puis la décarboxylation du DOPA libère du dioxyde de carbone et produit la dopamine.

• Un défaut de synthèse de dopamine provoque la maladie de Parkinson, caractérisée notamment par des tremblements et des troubles de la posture.

• L’adrénaline est une hormone médullosurrénale sécrétée lors d’une situation d’alarme, notamment la peur, la douleur, le froid, le travail intense ou l’hypoglycémie, et elle augmente le rythme cardiaque et la pression sanguine, dilate les bronches et favorise la dégradation du glycogène.

Compléments

• La dopamine est un intermédiaire de synthèse des autres catécholamines et un neuromédiateur des neurones dopaminergiques de la substance noire, impliqué dans les réactions émotionnelles, l’apprentissage et les mouvements.

• La noradrénaline est un neurotransmetteur du système orthosympathique et une hormone sécrétée par la médullosurrénale.

💡 Astuce mémo

Tyrosine → dopamine → noradrénaline → adrénaline

📖 3. Hormones thyroïdiennes

★ À maîtriser

• La synthèse thyroïdienne comprend la capture de l’iode plasmatique par les thyréocytes, sa fixation sur les résidus tyrosyles de la thyroglobuline, le couplage des résidus iodés, puis la libération des hormones par protéolyse de la thyroglobuline.

📌 La T3 résulte du couplage DIT + MIT et porte trois atomes d’iode, tandis que la T4 résulte du couplage DIT + DIT et porte quatre atomes d’iode.

📌 La T4 est une prohormone inactive et plus abondante, qui devient la T3 active après désiodation par une désiodase.

Compléments

• Le follicule thyroïdien est l’unité morpho-fonctionnelle de la thyroïde ; ses thyréocytes entourent une lumière appelée colloïde où est sécrétée la thyroglobuline, précurseur des hormones thyroïdiennes.

📌 La fixation d’un atome d’iode sur une tyrosine forme une MIT, tandis que la fixation de deux atomes d’iode forme une DIT.

• La thyroperoxydase intervient dans la fixation de l’iode lors de la synthèse des hormones thyroïdiennes.

• Les hormones thyroïdiennes activent la glycolyse, la lipolyse et la différenciation, notamment lors du développement du système nerveux.

💡 Astuce mémo

T4 stockée et inactive, T3 active

📖 4. Autres médiateurs dérivés des acides aminés

★ À maîtriser

• La sérotonine, ou 5-HT, est obtenue par hydroxylation puis décarboxylation du tryptophane et est produite par le système nerveux central ainsi que, en grande partie, par les cellules chromaffines de l’intestin.

• Le GABA est obtenu par décarboxylation de l’acide glutamique et agit comme neurotransmetteur inhibiteur en diminuant l’excitabilité des cellules nerveuses.

• L’histamine est synthétisée essentiellement par les mastocytes par décarboxylation de l’histidine et provoque une vasodilatation qui diminue la pression artérielle.

• Les récepteurs H1 de l’histamine participent aux réactions allergiques, tandis que les récepteurs H2 stimulent la sécrétion gastrique.

Compléments

• La sérotonine libérée par les plaquettes lors d’une lésion vasculaire contribue à l’hémostase en provoquant une vasoconstriction des fibres musculaires lisses vasculaires.

• Dans le système nerveux central, la sérotonine participe à la régulation du sommeil et à la réduction de l’agressivité.

📌 L’acide glutamique désigne la forme protonée et le glutamate la forme ionisée de la même molécule.

• La mélanine est synthétisée à partir de la tyrosine dans les mélanocytes de la peau et de la membrane choroïde des globes oculaires, où elle joue un rôle protecteur contre les UV.

• L’albinisme correspond à un défaut de synthèse de mélanine et s’accompagne notamment d’une peau très blanche, de cheveux décolorés, d’yeux très clairs et d’une hypersensibilité aux UV.

📖 5. Phénylcétonurie et hyperaminoacidurie

🔑 Notions clés & Définitions

• Phénylalanine hydroxylase : Enzyme du catabolisme de la phénylalanine qui transforme la phénylalanine en tyrosine.
• Hyperaminoacidurie : Sécrétion d’acides aminés en grande quantité dans les urines.

★ À maîtriser

• La phénylcétonurie est une maladie génétique due à un déficit en phénylalanine hydroxylase, entraînant une accumulation de phénylalanine, un déficit en tyrosine et l’activation de voies métaboliques secondaires.

• La phénylcétonurie est une maladie héréditaire autosomique récessive qui touche environ un enfant sur 20 000 naissances.

📌 Le traitement de la phénylcétonurie repose sur un régime pauvre en phénylalanine, instauré dès les premières semaines après la naissance, et sur un dosage sanguin régulier de la phénylalanine.

Compléments

• La phénylcétonurie peut entraîner un retard mental, des troubles du langage et du comportement, une hyperexcitabilité, une maladresse, une instabilité de la démarche et des signes cutanés comprenant une peau blanche et fragile, des cheveux blonds et des yeux bleus.

• Le test sanguin de Guthrie dépiste la phénylcétonurie dans les cinq jours après la naissance, et un diagnostic prénatal est possible par biologie moléculaire puisque le gène de la phénylalanine hydroxylase est connu.

💡 Astuce mémo

Déficit en phénylalanine hydroxylase → accumulation de phénylalanine

📖 6. Stéréochimie et ionisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Caractère amphotère : Caractère permettant aux acides aminés de céder ou de capter des protons, comme des acides et des bases faibles.
• pH isoélectrique : pH auquel la charge globale de l’acide aminé est nulle.

★ À maîtriser

• Tous les acides aminés sauf la glycine possèdent un carbone asymétrique et une activité optique, qui dévie la lumière polarisée vers la droite pour un acide aminé dextrogyre et vers la gauche pour un acide aminé lévogyre.

📌 Dans une représentation de Fischer, la position du groupement amine détermine la configuration : à gauche pour la configuration L et à droite pour la configuration D.

📌 À pH acide, un acide aminé est un cation de charge nette positive qui migre vers le pôle négatif en électrophorèse ; à son pHi, il est un zwitterion de charge nette nulle qui ne migre pas ; à pH basique, il est un anion de charge nette négative qui migre vers le pôle positif.

Compléments

• Les acides aminés naturels présents dans les protéines humaines sont des L-stéréoisomères.

• Les acides aminés possèdent deux groupements ionisables principaux, le carboxyle et l’amine du carbone α, auxquels peuvent s’ajouter des groupements ionisables sur la chaîne latérale.

• Pour l’acide aspartique, la fonction carboxylique de la chaîne latérale apporte une ionisation supplémentaire, et plus le pK est petit, plus l’acide est fort.

💡 Astuce mémo

À pH inférieur au pHi, charge positive ; à pH supérieur, charge négative

📖 7. Pouvoir tampon et titration

★ À maîtriser

📐 Formule - La relation de Henderson-Hasselbalch s’écrit $pH = pKa + \log\frac{[base]}{[acide]}$.

• À la demi-équivalence, les concentrations de base et d’acide sont égales et le pH est égal au pKa ; la solution se trouve alors dans une zone tampon où le pH varie peu.

Compléments

• Pour la glycine, le pKc vaut 2,35 et le pKn vaut 9,8 ; à chacun de ces pH, les deux formes associées au groupement concerné sont présentes à 50 %.

• La courbe de titration de la glycine présente deux zones tampons correspondant à la dissociation successive de ses groupements ionisables.

• La lysine possède trois fonctions ionisables, deux fonctions amines et une fonction carboxyle, et présente donc trois pK et trois zones tampons lors de sa titration.

📖 8. Solubilité et réactivité des acides aminés

★ À maîtriser

• À l’état libre, tous les acides aminés sont solubles dans l’eau grâce à leur caractère ionique, mais les acides aminés hydrophobes sont moins solubles que les acides aminés polaires et la solubilité est minimale au pHi.

Compléments

• Les modifications post-traductionnelles citées concernent la glycosylation de Ser, Thr et Asn, ainsi que la phosphorylation de Ser, Thr et Tyr.

📖 9. Détection spectrophotométrique

★ À maîtriser

• La longueur d’onde de 280 nm est utilisée pour détecter et quantifier les protéines grâce à l’absorption des acides aminés aromatiques.

📐 Formule - La loi de Beer-Lambert relie l’intensité lumineuse transmise à l’intensité incidente par $I = I_0 e^{-\varepsilon l c}$ et l’absorbance à la concentration par $A = DO = \ln\frac{I_0}{I} = \varepsilon l c$.

Compléments

• Les acides aminés absorbent significativement dans l’UV à des longueurs d’onde inférieures à 230 nm, tandis que les acides aminés aromatiques Phe, Tyr et Trp présentent un pic d’absorption entre 250 et 290 nm.

• Dans la loi de Beer-Lambert, l’absorbance dépend de la concentration, du trajet optique et du coefficient d’absorption moléculaire, et la relation n’est linéaire que dans un intervalle limité de concentrations.

📖 10. Séparation des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Mobilité électrophorétique : Rapport entre la vitesse de migration d’une molécule et le champ électrique appliqué.

★ À maîtriser

📐 Formule - La mobilité électrophorétique vérifie $\mu = \frac{d}{tE} = \frac{v}{E}$.

• La migration électrophorétique dépend de la charge globale, du pH du tampon, de la taille des particules, de la porosité du support et de la force ionique du milieu.

📌 À charge égale, une petite molécule migre plus vite qu’une molécule plus grande ; lorsque pH > pHi, une molécule amphotère est négative et migre vers le pôle positif, tandis que lorsque pH < pHi, elle est positive et migre vers le pôle négatif.

• La chromatographie sépare les molécules selon leurs interactions avec une phase solide et une phase liquide, puis permet leur détection par spectrophotométrie, fluorimétrie ou spectrométrie de masse.

• En chromatographie échangeuse d’ions à pH acide, les acides aminés chargés positivement sont retenus par les billes négatives puis élués selon leur état d’ionisation ; ceux dont le pHi est le plus bas, comme l’aspartate, sont élués en premier, tandis que la lysine, l’histidine et l’arginine ont des pHi plus élevés.

Compléments

• Une faible force ionique du tampon accélère la migration et réduit l’échauffement, mais diminue la résolution de la séparation.

• Une électrophorèse de zone comprend le dépôt des échantillons sur le support, leur migration et séparation, puis la révélation par coloration et l’identification des molécules.

📊 Tableaux de synthèse

Médiateurs dérivés d’acides aminés