Fiche de révision : Acides aminés et biochimie

📋 Plan du Cours

1. Définition et objectifs de la biochimie
2. Molécules et réactions du vivant
3. Composition et organisation des protéines
4. Fonctions biologiques des protéines
5. Définition et rôles des acides aminés
6. Structure générale des acides aminés
7. Configuration et classification des acides aminés
8. Acides aminés particuliers et essentiels
9. Dérivés et modifications des acides aminés
10. Propriétés acido-basiques et réactions

📖 1. Définition et objectifs de la biochimie

🔑 Notions clés & Définitions

• Biochimie : Étudie les substances, les réactions et les procédés chimiques qui se produisent dans les organismes vivants, notamment chez l’être humain en médecine.

📝 Points essentiels

• Les quatre objectifs majeurs de la biochimie sont l’identification et la détermination quantitative des substances, l’analyse de leur structure, l’étude de leurs mécanismes de synthèse et de dégradation, et la détermination de leurs rôles dans l’organisme.

📖 2. Molécules et réactions du vivant

★ À maîtriser

📌 Le catabolisme regroupe les réactions de dégradation des aliments, tandis que l’anabolisme regroupe les réactions de biosynthèse des composés nécessaires.

Compléments

• Le but global de la biochimie est d’intégrer les connaissances obtenues à l’échelle moléculaire au niveau de la cellule, de l’organe et de l’organisme entier.

💡 Astuce mémo

Catabolisme : dégrader ; anabolisme : construire

📖 3. Composition et organisation des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéines : Des polymères constitués d’acides aminés reliés par des liaisons covalentes, dont l’ordre est spécifique de chaque protéine.

📝 Points essentiels

• Dans un corps humain normal, l’eau représente 62 % du poids corporel, les glucides 1 %, les lipides 15 % et les protéines 16 %.

• La structure primaire correspond à la séquence d’acides aminés, la structure secondaire à une organisation locale, la structure tertiaire à l’organisation tridimensionnelle et la structure quaternaire à une organisation multimérique.

📌 Certaines protéines acquièrent leur fonction à partir de leur structure tertiaire et d’autres à partir de leur structure quaternaire, mais jamais à partir de leur structure primaire ou secondaire seules.

📖 4. Fonctions biologiques des protéines

📝 Points essentiels

• Le collagène assure notamment un rôle structural dans les tendons, les os et la peau, tandis que la kératine intervient dans les cheveux et les ongles.

• Les protéines participent au transport de l’oxygène par l’hémoglobine, à la défense contre les infections par les anticorps, à la catalyse biologique par les enzymes, à la régulation du métabolisme et à la signalisation cellulaire.

📖 5. Définition et rôles des acides aminés

★ À maîtriser

• Il existe 20 acides aminés classiques codés par le code génétique et un acide aminé rare, la sélénocystéine, retrouvé dans seulement 25 protéines humaines.

• L’enchaînement des acides aminés détermine la structure primaire d’une protéine, puis la chaîne peut se tordre et se plier pour former une structure tridimensionnelle responsable de sa fonction spécifique.

Compléments

• Un codon correspond à un ensemble de trois nucléotides successifs sur un brin d’ADN et code pour un acide aminé spécifique.

• Les acides aminés constituent les peptides, les protéines et certains phospholipides, et servent de précurseurs aux céto-acides, au glucose, aux nucléotides, à l’hème et à la créatinine.

📖 6. Structure générale des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Carbone alpha : Le carbone asymétrique relié à un groupement carboxyle, un groupement amine, un atome d’hydrogène et un groupement R.

★ À maîtriser

• La plupart des acides aminés possèdent une amine primaire, mais la proline possède une amine secondaire et une structure cyclique.

Compléments

• La masse moléculaire moyenne d’un acide aminé est d’environ 110 Da.

• Les neuf types de groupements R cités sont l’hydrogène, les alcanes, les groupements aromatiques, les alcools, les phénols, les thiols, les amides, les amines et les acides carboxyliques.

📖 7. Configuration et classification des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Énantiomères : Deux molécules images l’une de l’autre dans un miroir mais non superposables, comme les configurations D et L des acides aminés chiraux.

📝 Points essentiels

• La glycine n’a pas de carbone asymétrique car son groupement R est un atome d’hydrogène, de sorte que son carbone central porte deux hydrogènes.

• Dans une projection de Fischer, le carboxylate est placé au sommet et le groupement R en bas ; le groupement aminé à gauche indique la forme L et à droite la forme D.

• Les acides aminés des protéines de mammifères appartiennent à la série L, tandis que les acides aminés D peuvent être incorporés dans de petits peptides de plantes, de bactéries et d’antibiotiques.

• La classification des acides aminés repose sur la structure et la polarité de leur chaîne latérale R, qui peut être apolaire, polaire non chargée ou polaire chargée.

💡 Astuce mémo

Glucides D, acides aminés L

📖 8. Acides aminés particuliers et essentiels

★ À maîtriser

• Les chaînes latérales apolaires sont hydrophobes et se regroupent au cœur des protéines solubles en milieu aqueux, tandis que les chaînes latérales polaires hydrophiles se localisent préférentiellement à leur surface.

• Les cinq acides aminés polaires chargés comprennent trois acides, l’aspartate et le glutamate étant négatifs, et deux bases positives, la lysine, l’arginine et l’histidine étant citées comme bases dans le cours.

• Il existe huit acides aminés essentiels chez l’adulte, exclusivement apportés par l’alimentation, et dix chez l’enfant, car l’arginine et l’histidine s’ajoutent aux huit précédents.

Compléments

• Les acides aminés non essentiels peuvent être synthétisés par l’organisme mais peuvent également être apportés par l’alimentation.

📖 9. Dérivés et modifications des acides aminés

★ À maîtriser

• La sélénocystéine est incorporée directement par le ribosome lors de la synthèse protéique grâce à la reprogrammation du codon stop UGA, sans codon spécifique.

• La sélénocystéine ressemble à la cystéine avec un sélénium à la place du soufre et un groupe sélénol à la place du thiol, mais elle dérive métaboliquement de la sérine.

• L’hydroxylation de la proline forme la 4-hydroxyproline, constituant important du collagène, tandis que la carboxylation du glutamate permet la fixation du calcium dans les facteurs de coagulation et l’ostéocalcine.

• L’histidine donne l’histamine, le 5-hydroxytryptophane donne la sérotonine et le glutamate donne le GABA par décarboxylation.

Compléments

• Environ 300 acides aminés non codés par le génome sont présents dans les cellules et ne sont pas tous des constituants des protéines.

📖 10. Propriétés acido-basiques et réactions

🔑 Notions clés & Définitions

• Molécule amphotère : Peut agir comme un acide ou comme une base ; les acides aminés possèdent cette propriété grâce à leurs groupes alpha-carboxyle et alpha-amine.
• Point isoélectrique : Le pH auquel la charge globale d’un acide aminé, d’un peptide ou d’une protéine est nulle et où la forme zwitterionique prédomine.

★ À maîtriser

📐 Formule — L’équation de Henderson-Hasselbalch est $pH = pK_a + \log\left(\frac{[A^-]}{[AH]}\right)$, où [A⁻] est la concentration de la base et [AH] celle de l’acide.

📌 Lorsque le pH est inférieur au pKa, la forme protonée prédomine, tandis que lorsque le pH est supérieur au pKa, la forme déprotonée prédomine.

📐 Formule — Pour un acide aminé dont la chaîne latérale ne possède pas de groupement dissociable, le point isoélectrique vérifie $pI = \frac{pK_1 + pK_2}{2}$, avec pK₁ du COOH et pK₂ du NH₃⁺.

• La transamination transfère le groupe amine à un alpha-céto-acide, la désamination oxydative enlève ce groupe sans le transférer, l’amidation forme une liaison peptidique et la décarboxylation transforme l’acide aminé en amine.

Compléments

• Pour la glycine, le pKa du carboxyle est d’environ 2,2, celui de l’amine d’environ 9,4 et le point isoélectrique calculé est 5,8.

📊 Tableaux de synthèse

Structures des protéines