Fiche de révision : Acides aminés et peptides

📋 Plan du Cours

1. Structure et diversité des acides aminés
2. Classification des chaînes latérales
3. Propriétés des acides aminés
4. Acido-basicité et titration
5. Séparation et analyse des acides aminés
6. Rôles biologiques des acides aminés
7. Structure et nomenclature des peptides
8. Séquençage et identification des peptides
9. Maturation et clivage des protéines
10. Peptides biologiquement actifs
11. Révision et applications

📖 1. Structure et diversité des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Carbone alpha : Carbone central d’un acide aminé, lié à un groupement amine, à un groupement carboxyle, à un hydrogène et à une chaîne latérale R.

★ À maîtriser

• Les acides aminés sont les éléments de base des protéines et sont incorporés dans une chaîne peptidique lors de la traduction de l’ARN messager, grâce aux ARN de transfert.

• Il existe 20 acides aminés courants, dont les propriétés chimiques et les chaînes latérales contribuent à la diversité des formes et des fonctions des protéines.

• La masse moléculaire moyenne d’un acide aminé est de 110 Da, ce qui permet d’estimer le nombre de résidus d’une protéine en divisant sa masse moléculaire par 110.

Compléments

• La glycine est l’acide aminé courant le plus léger avec 57 Da, tandis que le tryptophane est le plus lourd avec 186 Da.

📌 La glycine ne possède aucun carbone asymétrique, tandis que l’isoleucine et la thréonine en possèdent deux chacune.

📖 2. Classification des chaînes latérales

★ À maîtriser

• Les neuf acides aminés non polaires et hydrophobes sont :
  • glycine
  • alanine
  • valine
  • leucine
  • isoleucine
  • méthionine
  • phénylalanine
  • tryptophane
  • proline

• Les six acides aminés polaires et hydrophiles sont :

  • sérine
  • thréonine
  • cystéine
  • tyrosine
  • asparagine
  • glutamine

• Les acides aminés basiques sont la lysine, l’arginine et l’histidine, tandis que les acides aminés acides sont l’aspartate et le glutamate.

Compléments

• La phénylalanine et le tryptophane sont aromatiques ; leurs cycles insaturés à électrons délocalisés absorbent les rayons UV et permettent une mesure spectrophotométrique à 280 nm.

• La méthionine et la cystéine sont les deux acides aminés soufrés, et la méthionine est essentielle.

• La proline possède une chaîne latérale cyclique liée à l’amine, ce qui rend sa structure rigide mais non plane et favorise les coudes protéiques ainsi que l’hélice du collagène.

📖 3. Propriétés des acides aminés

★ À maîtriser

• La phénylalanine hydroxylase convertit la phénylalanine en tyrosine ; son déficit entraîne une accumulation toxique de phénylalanine et une phénylcétonurie dépistée à la naissance par le test de Guthrie.

• Les sérines, thréonines et tyrosines peuvent être phosphorylées sur leur groupement hydroxyle par une kinase qui transfère le phosphate gamma de l’ATP ; les phosphatases retirent ces phosphates.

• L’oxydation de deux cystéines relie leurs groupes thiol par un pont disulfure covalent qui stabilise les protéines, notamment en reliant les deux chaînes de l’insuline.

📌 La N-glycosylation fixe un ose à l’azote de l’amide d’une asparagine uniquement dans le motif Asn-X-Ser/Thr.

• Les neuf acides aminés essentiels sont la méthionine, la leucine, la valine, la lysine, l’isoleucine, la phénylalanine, le tryptophane, l’histidine et la thréonine ; ils doivent être apportés par l’alimentation. L’arginine est un acide aminé conditionnellement essentiel.

Compléments

• L’hydroxylation de la proline par la proline hydroxylase sur son quatrième carbone produit la 4-hydroxyproline, présente dans le collagène et impliquée dans la réponse à l’hypoxie via HIF1alpha.

• La N-glycosylation dans le réticulum endoplasmique contribue à former des protéines sécrétées ou membranaires et participe à la reconnaissance antigénique, notamment celle liée aux groupes ABO.

📌 À pH 7, l’aspartate et le glutamate portent un radical COO−, tandis que l’acide aspartique et l’acide glutamique portent un radical COOH.

• La lysine peut notamment être :
  • hydroxylée
  • acétylée
  • liée à SUMO
  • liée à l’ubiquitine
  • biotinylée
  • méthylée

📖 4. Acido-basicité et titration

🔑 Notions clés & Définitions

• Zwitterion : Forme d’un acide aminé portant simultanément une charge positive sur NH3+ et une charge négative sur COO−, avec une charge globale nulle au pH isoélectrique.

★ À maîtriser

📌 Sous le pH isoélectrique, un acide aminé a une charge globale positive ; au-dessus, il a une charge globale négative.

📌 Au point de demi-équivalence, les deux formes acido-basiques sont en proportions égales et le pH est égal au pKa du groupement concerné.

📐 Formule - Pour un acide aminé à chaîne latérale ionisable, le pHi est la moyenne des deux pK qui encadrent sa forme zwitterionique ; pour les acides aminés diacides, $pHi = \frac{pKa + pKr}{2}$, et pour les acides aminés dibasiques, $pHi = \frac{pKb + pKr}{2}$.

Compléments

• Le pH physiologique est d’environ 7,4.

• Pour un acide aminé à chaîne latérale non ionisable, la courbe de titration comporte deux étapes d’ionisation avec des équilibres aux pK1 et pK2.

📖 5. Séparation et analyse des acides aminés

📝 Points essentiels

📌 En électrophorèse, un acide aminé migre vers l’électrode de signe opposé à sa charge : à pH supérieur au pHi il migre vers l’anode, à pH inférieur au pHi vers la cathode, et au pHi il ne migre pas.

• Une colonne échangeuse d’anions est positive et retient les anions ; les cations sortent d’abord, puis les espèces neutres, puis les anions.

💡 Astuce mémo

Échangeuse d’anions retient les anions ; échangeuse de cations retient les cations.

📖 6. Rôles biologiques des acides aminés

★ À maîtriser

• Les acides aminés servent de précurseurs à des intermédiaires métaboliques, des hormones, des coenzymes et des nucléotides, et peuvent aussi fournir un substrat énergétique.

• La glutamate décarboxylase transforme le glutamate en GABA par décarboxylation ; le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central.

• La tyrosine hydroxylase convertit la tyrosine en L-DOPA, puis la DOPA décarboxylase convertit la L-DOPA en dopamine, précurseur des catécholamines.

Compléments

• La décarboxylation de l’histidine par l’histidine décarboxylase produit l’histamine, une amine vasoactive qui augmente la perméabilité des vaisseaux sanguins.

• La tryptophane hydroxylase convertit le tryptophane en 5-HTP, puis une décarboxylase transforme le 5-HTP en sérotonine.

• L’ALAT est mesurée dans le sang et son excès est un signe de cytolyse hépatique.

📖 7. Structure et nomenclature des peptides

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Liaison amide covalente formée par condensation entre le carboxyle d’un acide aminé et l’amine du suivant, avec libération d’eau ; elle est rigide et plane.

★ À maîtriser

• Un peptide est orienté de son extrémité N-terminale, portant une amine libre, vers son extrémité C-terminale, portant un carboxyle libre.

📐 Formule - La masse moléculaire approximative d’un peptide ou d’une protéine est $MW = N_{AA} \times 110\,\mathrm{Da}$.

Compléments

📌 Dans la nomenclature d’un peptide, les résidus sont nommés avec le suffixe « -yl » sauf le dernier acide aminé, qui conserve son nom ; la séquence est énoncée de N-terminal à C-terminal.

📌 Une chaîne de moins de 20 résidus est un oligopeptide, une chaîne de 20 à 50 résidus est un polypeptide et une chaîne de plus de 50 résidus est une protéine.

📖 8. Séquençage et identification des peptides

★ À maîtriser

• Les clivages chimiques cités sont : bromure de cyanogène après la méthionine, NTCB avant la cystéine, hydroxylamine entre l’asparagine et la glycine du motif Asn-Gly

📌 La trypsine coupe après la lysine ou l’arginine, sauf si une proline suit ; la chymotrypsine coupe après la phénylalanine, la tyrosine ou le tryptophane, sauf si une proline suit.

• La carte peptidique massique identifie une protéine en digérant ses peptides, notamment par la trypsine, en mesurant leurs masses exactes par spectrométrie de masse puis en les comparant aux séquences des banques de données.

Compléments

• Les amino-exopeptidases coupent après l’acide aminé N-terminal et les carboxy-exopeptidases coupent avant l’acide aminé C-terminal.

• La spectrométrie de masse mesure le rapport masse sur charge m/Z des peptides ionisés, puis fournit une liste de masses utilisée pour l’identification des protéines.

📖 9. Maturation et clivage des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Peptide signal : Le peptide signal est une séquence de 16 à 30 acides aminés située en N-terminal, qui adresse une protéine vers certains organites, la sécrétion ou les membranes avant d’être clivée.

★ À maîtriser

• La protéolyse partielle clive des liaisons peptidiques spécifiques et peut transformer un précurseur inactif en protéine fonctionnelle ; les enzymes responsables sont des protéases.

• La maturation de l’insuline comprend le clivage du peptide signal de la pré-pro-insuline, la formation de trois ponts disulfures, le clivage du peptide C par PC1 et la maturation finale de la chaîne B par la carboxypeptidase E.

📌 Le diabète de type I est lié à la destruction auto-immune des cellules bêta du pancréas, tandis que le diabète de type II est lié à une résistance anormale à l’insuline.

Compléments

• Lors de l’activation du fibrinogène, un clivage expose la séquence Gly-His-Arg et permet la polymérisation des molécules de fibrine en caillot.

💡 Astuce mémo

Pré-pro-insuline → pro-insuline → insuline active.

📖 10. Peptides biologiquement actifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Glutathion : Tripeptide formé de glutamate, cystéine et glycine, qui régule le potentiel redox cytoplasmique et détoxifie la cellule en éliminant les espèces réactives de l’oxygène.

📝 Points essentiels

• L’ocytocine est un polypeptide de neuf acides aminés comportant un pont disulfure qui la cyclise et agit notamment sur les muscles lisses de l’utérus et des glandes mammaires.

• L’endorphine est un neuropeptide opioïde sécrété par l’hypophyse lors d’activités physiques intenses et possède un effet analgésique associé à une sensation de bien-être.

• Dans le glutathion, la liaison peptidique utilise la chaîne latérale du glutamate, ce qui explique l’appellation gamma-L-glutamyl.

📖 11. Révision et applications

📝 Points essentiels

• À pH 7, le peptide PASS n’est pas chargé négativement, ne forme pas de pont disulfure, peut être phosphorylé grâce à sa sérine, n’est pas clivé par la trypsine et a une masse d’environ 440 Da.

• Une albumine de 65 kDa contient approximativement 591 acides aminés en divisant sa masse par 110 Da par résidu.