Fiche de révision : Acides aminés et peptides

📋 Plan du Cours

1. Structure et diversité des acides aminés
2. Propriétés acido-basiques et migration
3. Rôles biologiques des acides aminés
4. Liaison peptidique et nomenclature
5. Charge et point isoélectrique
6. Clivages spécifiques des peptides
7. Identification par carte peptidique
8. Maturation des protéines par clivage
9. Rôles biologiques des peptides

📖 1. Structure et diversité des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide α-aminé : Possède un groupement amine généralement primaire (secondaire dans le cas de la proline) et un groupement carboxylique portés par le carbone α, ainsi qu’une chaîne latérale R qui le différencie des autres acides aminés.

★ À maîtriser

• Il existe 20 acides aminés courants, dont la diversité contribue à celle des formes et des fonctions des protéines.

• Les acides aminés non polaires et hydrophobes sont :

  • la glycine (Gly, G)
  • l’alanine (Ala, A)
  • la valine (Val, V)
  • la leucine (Leu, L)
  • l’isoleucine (Ile, I)
  • la méthionine (Met, M)
  • la phénylalanine (Phe, F)
  • le tryptophane (Trp, W)
  • la proline (Pro, P)

• Les acides aminés polaires et hydrophiles sont :

  • la sérine (Ser, S)
  • la tyrosine (Tyr, Y)
  • la thréonine (Thr, T)
  • l’asparagine (Asn, N)
  • la cystéine (Cys, C)
  • la glutamine (Gln, Q)

• Les acides aminés chargés acides sont l’aspartate (Asp, D) et le glutamate (Glu, E), tandis que les acides aminés chargés basiques sont l’histidine (His, H), la lysine (Lys, K) et l’arginine (Arg, R).

• L’oxydation de deux cystéines forme une liaison covalente appelée pont disulfure, qui stabilise la structure des protéines et peut relier des chaînes peptidiques.

• Les acides aminés essentiels ne sont pas synthétisés de novo par l’organisme et doivent être apportés par une alimentation protéique variée ; l’histidine est essentielle chez les enfants comme chez les adultes, tandis que l’arginine est conditionnellement essentielle, notamment pendant la croissance.

Compléments

• La masse moléculaire moyenne des acides aminés est de 110 Da ; elle est de 57 Da pour la glycine et de 186 Da pour le tryptophane.

• Les acides aminés aromatiques phénylalanine, tyrosine et tryptophane absorbent à 280 nm.

• La proline peut être hydroxylée par une proline hydroxylase ; l’hydroxyproline intervient dans les collagènes et l’adaptation à l’hypoxie via HIF1alpha.

• La phosphorylation concerne les résidus de sérine, de thréonine et de tyrosine.

• La N-glycosylation de l’asparagine correspond à la liaison covalente d’oses à l’azote de son groupement amide ; elle a lieu dans le réticulum et concerne les protéines sécrétées et les protéines de surface.

• Les acides aminés essentiels cités sont :

  • la méthionine
  • la leucine
  • la valine
  • la lysine
  • l’isoleucine
  • la phénylalanine
  • le tryptophane
  • l’histidine
  • la thréonine
  • l’arginine

📖 2. Propriétés acido-basiques et migration

🔑 Notions clés & Définitions

• Point isoélectrique : pH auquel un acide aminé a une charge globale nulle, avec son amine protonée NH₃⁺ et son carboxyle déprotoné COO⁻.

★ À maîtriser

• Le groupement carboxyle est un acide faible qui libère un proton en milieu basique, tandis que le groupement amine est une base faible qui accepte un proton en milieu acide.

📐 Formule - Pour une chaîne R non ionisable, le pHi est $pHi = \frac{1}{2}(pK_A+pK_B)$.

📐 Formule - Pour un acide aminé à chaîne latérale acide, le pHi est la moyenne des deux pK qui encadrent la forme non chargée : $pHi = \frac{1}{2}(pK_A+pK_R)$ ; pour le glutamate, les valeurs indiquées donnent $pHi = 3{,}25$.

• En électrophorèse, un acide aminé migre vers l’électrode de polarité opposée à sa charge : si pH>pHi, il est négatif et migre vers le pôle + ; si pH=pHi, il est neutre et ne migre pas ; si pH<pHi, il est positif et migre vers le pôle −.

Compléments

• Les chaînes latérales ionisables comprennent : les chaînes acides de l’aspartate et du glutamate, les chaînes basiques de la lysine, de l’arginine et de l’histidine, la chaîne thiol de la cystéine, la chaîne phénol de la tyrosine

📐 Formule - La relation de Henderson-Hasselbalch s’écrit $pH=pK+\log\left(\frac{A^-}{AH}\right)$.

• En électrophorèse, l’anode positive attire les anions, dont les acides aminés acides, tandis que la cathode négative attire les cations, dont les acides aminés basiques.

• Avec un échangeur de cations, l’ordre d’élution indiqué est l’inverse de celui présenté pour l’autre échangeur : acides, puis neutres, puis basiques.

💡 Astuce mémo

pH supérieur au pHi : anion vers le + ; pH inférieur : cation vers le −

📖 3. Rôles biologiques des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• GABA : Ou acide gamma-aminobutyrique, est le principal inhibiteur du système nerveux central.

★ À maîtriser

• Les acides aminés sont les éléments de base des protéines et peuvent aussi avoir une activité biologique propre, notamment pour la glycine et la glutamine.

• Le glutamate est le précurseur du GABA, formé par décarboxylation du glutamate grâce à la glutamic acid decarboxylase (GAD).

• L’histidine est le précurseur de l’histamine par décarboxylation.

Compléments

• Les rôles précurseurs et métaboliques cités pour les acides aminés sont : produire des intermédiaires métaboliques, notamment la créatine, la citrulline et l’ornithine, produire des hormones, notamment les catécholamines, le GABA et T3/T4, contribuer à la production de nucléotides, notamment à partir de l’aspartate et de la glutamine, produire des coenzymes comme le NAD, servir de substrats énergétiques

• La signalisation du GABA est modulée par :

  • les benzodiazépines
  • les barbituriques
  • l’alcool
  • les antiépileptiques

• L’histamine est une amine vasoactive impliquée dans les allergies, l’anaphylaxie, l’urticaire et l’inflammation.

• La tyrosine est un précurseur des hormones thyroïdiennes.

• La présence d’ALAT dans le sang est associée à une cytolyse hépatique.

📖 4. Liaison peptidique et nomenclature

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Relie les acides aminés entre eux et correspond à une liaison amide formée par condensation de deux acides aminés.

★ À maîtriser

📌 Les chaînes de moins de 20 résidus sont des oligopeptides, celles de plus de 20 résidus sont des polypeptides et celles de plus de 50 résidus sont des protéines.

Compléments

• La liaison peptidique est rigide et plane, ce qui limite la rotation des angles phi et psi ; les chaînes latérales R se trouvent à l’extérieur.

• Les extrémités d’un peptide sont nommées N-terminale et C-terminale.

📖 5. Charge et point isoélectrique

★ À maîtriser

• Pour déterminer la charge d’un peptide, il faut identifier ses acides aminés ionisables et comparer le pH aux pKa des groupes ionisables.

Compléments

• Dans l’exemple Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu, les pKa sont 2,4 pour COOH/COO⁻, 9,2 pour NH₃⁺/NH₂ et 10,1 pour OH/O⁻.

• Dans l’exemple Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu, la charge est nulle à pH 7 et le point isoélectrique vaut 5,8, calculé comme la moyenne de 2,4 et 9,2.

📖 6. Clivages spécifiques des peptides

★ À maîtriser

• Le bromure de cyanogène clive chimiquement un peptide après la méthionine.

📌 La trypsine clive après Lys ou Arg, sauf lorsque le résidu suivant est Pro.

• La chymotrypsine clive après les résidus suivants, sauf si le résidu suivant est Pro :
  • Phe
  • Tyr
  • Trp

Compléments

• L’acide 2-nitro-5-thiocyanobenzoïque clive chimiquement un peptide avant la cystéine.

• L’hydroxylamine clive après le motif Asn-Gly.

• Les amino- et carboxy-exopeptidases clivent les peptides depuis leurs extrémités N-terminale et C-terminale, respectivement.

📖 7. Identification par carte peptidique

★ À maîtriser

• La carte peptidique massique permet d’identifier une protéine en mesurant par spectrométrie de masse les masses exactes de ses peptides issus d’une digestion trypsique.

Compléments

• Les spectromètres de masse mesurent le rapport masse/charge (m/z) des peptides ionisés.

📖 8. Maturation des protéines par clivage

★ À maîtriser

• Le peptide signal est un court peptide de 16 à 30 acides aminés situé à l’extrémité N-terminale de certaines protéines.

• Le peptide signal adresse les protéines résidentes du réticulum endoplasmique, du Golgi ou des endosomes, les protéines sécrétées hors de la cellule et celles insérées dans les membranes cellulaires.

• 🔄 La maturation de l’insuline suit ces étapes :

  1. Clivage N-terminal du peptide signal par la SPase
  2. Formation de trois ponts disulfures intra-caténaires
  3. Clivage du peptide C par la pro-convertase 1 (PC1)
  4. Maturation finale de la chaîne B par la carboxypeptidase E (CPE)

• La protéolyse partielle active certaines protéines en hydrolysant des liaisons peptidiques spécifiques d’un précurseur inactif.

Compléments

• La protéolyse active en cascade les facteurs de coagulation et transforme le fibrinogène en fibrine soluble puis en fibrine insoluble.

💡 Astuce mémo

Précurseur inactif → clivage spécifique → protéine active.

📖 9. Rôles biologiques des peptides

🔑 Notions clés & Définitions

• Glutathion : Peptide γ-L-glutamyl-L-cystéinylglycine, présent sous forme réduite GSH ou oxydée GSSG.
• Bradykinine : Nonapeptide qui provoque une forte vasodilatation et augmente la perméabilité vasculaire, contribuant à l’inflammation.

★ À maîtriser

• Les peptides biologiquement actifs comprennent notamment : des hormones comme l’insuline, le glucagon, la LH et la FSH, des neuropeptides comme l’ocytocine et la vasopressine, la bradykinine impliquée dans l’inflammation, des peptides antimicrobiens et les pénicillines, le glutathion impliqué dans l’équilibre redox, des toxines comme les venins de serpent

• Les peptides antimicrobiens comptent 12 à 50 acides aminés, contiennent des résidus Arg/Lys chargés positivement et plus de 50 % d’acides aminés hydrophobes, ce qui leur confère un caractère amphiphile.

Compléments

• La dopamine est un neurotransmetteur dérivé de la tyrosine, associé au plaisir, au système de récompense, au renforcement et à la motivation, et précurseur de l’adrénaline et de la noradrénaline.

• La sérotonine est un neurotransmetteur dérivé du tryptophane et antagoniste de la dopamine ; elle participe à la gestion des humeurs et au maintien d’un état de bonheur.

• L’ocytocine est un neuropeptide hypophysaire de 9 acides aminés qui agit sur les muscles lisses de l’utérus et des glandes mammaires, notamment lors de l’accouchement et de l’allaitement.

• Les endorphines sont des neuropeptides opioïdes endogènes qui agissent sur les récepteurs opiacés et sont sécrétées par l’hypophyse lors d’une activité physique intense, d’une excitation, d’une douleur ou d’un orgasme.

• Les endorphines ont un effet analgésique et peuvent procurer une sensation de bien-être voire d’euphorie, avec un risque de dépendance.

• Les inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine bloquent la dégradation de la bradykinine, diminuent la pression artérielle et sont utilisés contre l’hypertension artérielle et l’insuffisance cardiaque.

• Les peptides antimicrobiens sont produits par :

  • les polynucléaires
  • les macrophages
  • les cellules épithéliales
  • les glandes sous-muqueuses

• Les peptides antimicrobiens ont une activité antibiotique à large spectre contre les bactéries, les virus et les champignons et participent à la réponse immunitaire innée.

• Les peptides antimicrobiens peuvent former des pores transmembranaires ou se lier à des protéines intracellulaires.

• La fonction thiol du glutathion peut être sous forme oxydée ou réduite.

• Le glutathion est un régulateur majeur du potentiel redox cytoplasmique par les échanges d’électrons et contribue à la détoxification des espèces réactives de l’oxygène ainsi qu’à des propriétés antioxydantes.