Fiche de révision : Acides aminés et peptides

📋 Plan du Cours

1. Acides aminés essentiels et solubilité
2. Stéréochimie des acides aminés
3. Absorption des acides aminés
4. Principes de chromatographie
5. Chromatographie sur couche mince
6. Chromatographie gazeuse
7. Séparations selon la charge
8. Structure et propriétés des peptides
9. Conformation de la chaîne peptidique
10. Composition et séquençage des peptides
11. Nomenclature et propriétés ioniques
12. Peptides biologiquement actifs

📖 1. Acides aminés essentiels et solubilité

★ À maîtriser

• Les neuf acides aminés essentiels chez l’homme sont :

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

• Les acides aminés sont solubles dans l’eau, mais leur solubilité est très faible autour de leur pHi et augmente en milieu alcalin par formation de sels.

Compléments

• Les autres acides aminés sont produits in vivo par le métabolisme des cellules.

📌 Dans l’eau, la tyrosine est peu soluble en raison de son noyau aromatique, tandis que la valine aliphatique est davantage soluble.

• Sont très solubles dans l’eau : l’arginine, très basique et polaire, la cystéine, à chaîne latérale courte terminée par SH, la sérine, qui porte OH

📌 Dans les solvants apolaires, la solubilité des acides aminés diminue avec le nombre d’atomes de carbone du radical et augmente si celui-ci porte des fonctions polaires ou hydrophiles comme NH2, COOH ou OH.

📖 2. Stéréochimie des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide α-aminé : Un acide aminé dont la fonction amine est portée par le carbone α, adjacent à la fonction acide carboxylique.

★ À maîtriser

• Le carbone α des acides aminés est chiral lorsqu’il est lié à COOH, NH2, H et R ; la glycine est l’exception car R est aussi un hydrogène.

📌 Dans une projection de Fischer d’un acide aminé, la fonction NH2 à gauche détermine la série L et celle à droite la série D.

📌 L’appartenance à la série D ou L ne préjuge ni du caractère lévogyre ou dextrogyre ni de la configuration absolue R/S.

Compléments

📌 Dans une projection de Fischer, la chaîne carbonée principale est verticale et le carbone le plus oxydé est placé dans la moitié supérieure.

• Les acides aminés optiquement actifs des protéines animales et végétales appartiennent à la série L, tandis que certains microorganismes contiennent des acides aminés de série D.

• Une molécule possédant n centres chiraux peut présenter 2^n structures isomériques ; deux isomères qui diffèrent par un seul centre asymétrique sont des diastéréoisomères.

💡 Astuce mémo

La série L ne préjuge ni du pouvoir rotatoire ni de la configuration R/S.

📖 3. Absorption des acides aminés

★ À maîtriser

• Les solutions d’acides aminés sont incolores et la plupart des acides aminés absorbent à une longueur d’onde inférieure à 230 nm.

• Les acides aminés aromatiques absorbent dans l’ultraviolet vers 280 nm, ce qui permet de repérer la présence de protéines.

Compléments

• Le tryptophane est fluorescent.

📖 4. Principes de chromatographie

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie : Une méthode physico-chimique qui sépare les substances d’un mélange selon leurs comportements différents entre une phase mobile et une phase stationnaire.

★ À maîtriser

• La phase mobile d’une chromatographie est un gaz vecteur en chromatographie gazeuse ou un liquide appelé éluant en chromatographie liquide.

Compléments

• La phase stationnaire peut être :
  • solide
  • liquide imprégnant un support solide
  • une chaîne carbonée fixée sur un support

💡 Astuce mémo

La phase mobile entraîne ; la phase stationnaire retient.

📖 5. Chromatographie sur couche mince

★ À maîtriser

• En chromatographie sur couche mince, le mélange est déposé et séché sur une plaque, puis la plaque est placée dans l’éluant sans immerger la ligne de dépôt ; le solvant migre par capillarité, les composants se séparent, puis la plaque est séchée et révélée à la ninhydrine.

📌 En chromatographie sur couche mince, un acide aminé plus soluble dans l’éluant migre plus vite, tandis qu’une interaction plus forte avec la silice ralentit sa migration.

📐 Formule - L’indice de migration s’écrit $Rf = \frac{\text{distance parcourue par l’acide aminé}}{\text{distance parcourue par l’éluant}}$.

📌 Un soluté très soluble dans la phase stationnaire a un Rf faible, tandis qu’un soluté très soluble dans la phase mobile a un Rf élevé et proche de 1.

Compléments

• L’indice Rf est difficilement reproductible, ce qui motive l’emploi de l’indice Rx, rapport entre la distance parcourue par la substance et celle parcourue par un corps de référence x.

💡 Astuce mémo

Dépôt, migration, séchage, révélation.

📖 6. Chromatographie gazeuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie en phase gazeuse : Sépare des composés gazeux ou vaporisables sans décomposition en les transportant dans une colonne par un gaz porteur, selon leur affinité pour la phase stationnaire.

📝 Points essentiels

• Un chromatographe en phase gazeuse comporte principalement :
  • un four
  • un système d’injection
  • une colonne capillaire ou remplie
  • un système de détection
  • un détendeur-régulateur pour les gaz

📖 7. Séparations selon la charge

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie échangeuse d’ions : Sépare les molécules selon leurs groupes chargés, qui interagissent avec des groupes de charge opposée fixés sur la phase stationnaire.

★ À maîtriser

📌 En électrophorèse, un acide aminé dont le pI est supérieur au pH du tampon porte plutôt une charge globale positive et migre vers l’électrode négative.

• 🔄 L’échange d’ions comprend trois étapes :
  1. adsorption des molécules sur la matrice chargée
  2. lavage des molécules ou ions non liés
  3. élution sélective par variation de la force ionique ou du pH du tampon

📌 Une résine cationique, chargée négativement, échange des cations, tandis qu’une résine anionique, chargée positivement, échange des anions.

Compléments

📌 Les molécules peu chargées sont faiblement retenues et s’éludent à faible force ionique, tandis que les molécules très chargées sont fortement retenues et s’éludent à force ionique élevée.

💡 Astuce mémo

pH supérieur au pI : charge négative ; pH inférieur au pI : charge positive.

📖 8. Structure et propriétés des peptides

🔑 Notions clés & Définitions

• Peptide : Un polymère d’acides aminés plus petit qu’une protéine, avec moins de 50 acides aminés selon le cours.

• Liaison peptidique : Une liaison amide entre la fonction carboxyle d’un acide aminé et la fonction α-aminée du suivant.

★ À maîtriser

• La mésomérie de la liaison peptidique donne à la liaison C–N un caractère partiellement double et une longueur de 1,32 Å, contre 1,45 Å pour une liaison simple.

Compléments

• L’insuline humaine est présentée comme la plus petite protéine et comporte 51 acides aminés.

• La conformation native est le repliement propre d’une protéine qui lui assure ses propriétés spécifiques.

📖 9. Conformation de la chaîne peptidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Diagramme de Ramachandran : Représente, pour chaque acide aminé, l’angle φ en abscisse et l’angle ψ en ordonnée, entre −180° et +180°.

📝 Points essentiels

• La mésomérie de la liaison peptidique impose une géométrie plane et une hybridation sp2 aux atomes de carbone et d’azote concernés.

📌 La conformation trans est généralement favorisée car la conformation cis est défavorisée par l’encombrement stérique des chaînes latérales ; environ 10 % des liaisons suivies d’une proline sont cis.

• Les angles φ et ψ correspondent aux rotations libres autour des liaisons Cα–N et Cα–C, tandis que la liaison peptidique plane limite la rotation autour de son axe.

💡 Astuce mémo

La liaison peptidique est rigide ; les angles φ et ψ peuvent tourner.

📖 10. Composition et séquençage des peptides

★ À maîtriser

• L’hydrolyse acide des peptides avec HCl 6 N à 110 °C pendant 25 à 72 heures permet d’obtenir leur composition en acides aminés, mais pas leur séquence.

• La dégradation d’Edman marque le N-terminal avec l’isothiocyanate de phényle, libère après hydrolyse acide douce un dérivé phénylthiohydantoïne identifiable et laisse un peptide raccourci d’un acide aminé, permettant de répéter le cycle.

• Les aminopeptidases libèrent l’acide aminé N-terminal, tandis que les carboxypeptidases libèrent l’acide aminé C-terminal.

• Les endopeptidases coupent préférentiellement en aval des résidus suivants :

  • la trypsine : arginine ou lysine
  • la chymotrypsine : tyrosine, tryptophane, phénylalanine, méthionine ou leucine
  • la protéase staphylococcique : glutamate ou aspartate

Compléments

• L’hydrolyse acide transforme l’asparagine en aspartate et la glutamine en glutamate par désamidation, détruit souvent le tryptophane et altère la cystéine par rupture des ponts disulfure.

• L’hydrolyse alcaline avec NaOH 2–4 N à 100 °C pendant 6 heures permet d’obtenir le tryptophane, mais dégrade l’arginine, la thréonine et la cystéine.

📌 La méthode de Sanger marque le résidu N-terminal avec le dinitrofluorobenzène, puis l’hydrolyse libère l’acide aminé marqué mais coupe aussi toutes les liaisons peptidiques.

• Le bromure de cyanogène clive sélectivement les liaisons peptidiques après une méthionine.

📖 11. Nomenclature et propriétés ioniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Point isoélectrique : Le pH auquel sa charge globale est nulle.

★ À maîtriser

📌 La séquence d’un peptide s’écrit de gauche à droite, du résidu N-terminal au résidu C-terminal, et les résidus sont numérotés à partir de l’extrémité N-terminale.

Compléments

• Les acides aminés liés dans un peptide ont perdu une molécule d’eau et sont appelés résidus ; le suffixe « yl » est ajouté à leur nom sauf au résidu C-terminal.

• En isoélectrofocalisation, un peptide cesse de migrer dans un gradient de pH au point où sa charge globale est nulle, qui correspond à son pI.

📐 Formule - Pour un peptide simple, le point isoélectrique est estimé par $pI = \frac{pKa_1 + pKa_2}{2}$.

📖 12. Peptides biologiquement actifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Glutathion : Un pseudo-tripeptide γ-L-glutamyl-L-cystéinylglycine qui existe sous forme oxydée et réduite et participe au maintien du potentiel redox ainsi qu’à la détoxication des espèces réactives de l’oxygène.

★ À maîtriser

• La rénine clive l’angiotensinogène en angiotensine I, puis l’enzyme de conversion de l’angiotensine transforme l’angiotensine I en angiotensine II.

• L’angiotensine II est un octapeptide impliqué dans le maintien de la tension artérielle, qui provoque une vasoconstriction et stimule la production d’aldostérone via les récepteurs AT1.

• ACE2 transforme l’angiotensine I en angiotensine 1-9 et l’angiotensine II en angiotensine 1-7, qui a une activité vasodilatatrice.

• L’insuline humaine comporte une chaîne A de 21 acides aminés et une chaîne B de 30 acides aminés, reliées par des ponts disulfure, et possède une masse moléculaire de 5807 daltons.

Compléments

• Le SARS-CoV-2 se fixe à ACE2 à la surface des pneumocytes, pénètre dans la cellule par endocytose et diminue l’expression membranaire d’ACE2, ce qui implique une accumulation d’angiotensine II circulante. - Vaduganathan M et al, NEJM, March 30,2020

• L’insuline est maturée à partir d’une pré-pro-insuline de 110 résidus : l’élimination du peptide signal de 23 acides aminés forme la pro-insuline, puis la PC1 élimine le peptide C et la carboxypeptidase E clive une extrémité C-terminale pour produire l’insuline active.

📌 La glutathion peroxydase oxyde le glutathion réduit en glutathion oxydé en détruisant des peroxydes, puis la glutathion réductase régénère le glutathion oxydé en présence de vitamine C.

• L’ocytocine est un neuropeptide sécrété par l’hypothalamus et excrété par l’hypophyse postérieure ; elle agit principalement sur les muscles lisses de l’utérus et des glandes mammaires.

• L’ocytocine comporte neuf résidus, dont les deux cystéines sont reliées par un pont disulfure, et sa fonction COOH terminale est bloquée par une fonction amide qui la rend résistante aux peptidases.

💡 Astuce mémo

La perte d’ACE2 membranaire entraîne l’accumulation d’angiotensine II.