Fiche de révision : Acides aminés et peptides

📋 Plan du Cours

1. Structure et devenir des acides aminés
2. Classification structurale des acides aminés
3. Polarité et acides aminés essentiels
4. Modifications post-traductionnelles
5. Propriétés physiques des acides aminés
6. Réactions chimiques des acides aminés
7. Fractionnement et dosage des acides aminés
8. Structure et propriétés des peptides
9. Peptides biologiquement importants
10. Définition et classification des protéines
11. Classification et rôles des protéines
12. Organisation structurale des protéines
13. Repliement et protéines prions
14. Méthodes de séparation et identification
15. Chromatographies et protéomique
16. Propriétés physico-chimiques des protéines

📖 1. Structure et devenir des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Unité structurale de base des peptides et des protéines, constituée d’une fonction carboxylique et d’une fonction amine liées à un carbone α, tandis que le radical R détermine ses propriétés physico-chimiques.

📝 Points essentiels

• Les 20 acides aminés protéinogènes sont des isomères de la série L et sont libérés par hydrolyse acide des protéines.

📌 Les acides aminés protéinogènes forment les protéines, tandis que les plus de 300 acides aminés libres jouent notamment le rôle d’intermédiaires métaboliques et peuvent être dégradés en urée sans être stockés.

💡 Astuce mémo

Protéinogènes = protéines ; libres = métabolisme

📖 2. Classification structurale des acides aminés

★ À maîtriser

• Les acides aminés aliphatiques sont:
  • la glycine
  • l’alanine
  • la valine
  • la leucine
  • l’isoleucine

📌 La cystéine possède un groupement thiol pouvant former un pont disulfure covalent avec une autre cystéine, tandis que la méthionine ne possède pas de fonction thiol libre.

• Les acides aminés basiques sont:

  • la lysine
  • l’arginine
  • l’histidine

• La proline possède une amine secondaire et une chaîne latérale liée à l’azote et au carbone α, ce qui rigidifie la chaîne peptidique et favorise les coudes.

Compléments

• La sérine et la thréonine possèdent un groupement hydroxyle hydrophile, et la sérine intervient fréquemment dans les sites catalytiques enzymatiques.

📌 La tyrosine est plus polaire et moins hydrophobe que la phénylalanine parce que son noyau benzène est hydroxylé en noyau phénol.

📖 3. Polarité et acides aminés essentiels

★ À maîtriser

• Les acides aminés se répartissent en trois groupes de polarité:

  • polaires chargés : glutamate, aspartate, lysine, arginine et histidine
  • polaires non chargés : asparagine, glutamine, sérine, thréonine, tyrosine et cystéine
  • apolaires : glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, méthionine, phénylalanine, tryptophane et proline

• Les acides aminés essentiels sont:

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

Compléments

• Les acides aminés non protéinogènes à connaître sont:
  • la β-alanine
  • l’homocystéine
  • l’ornithine

💡 Astuce mémo

Le Très Lyrique Tristan Fait Vachement Méditer Iseult

📖 4. Modifications post-traductionnelles

📝 Points essentiels

• Les principales modifications post-traductionnelles sont:
  • la formation de ponts disulfures
  • l’amidation
  • l’hydroxylation
  • la phosphorylation
  • la méthylation
  • la carboxylation
  • l’iodation

📌 La carboxylation du glutamate, dépendante de la vitamine K, crée des charges négatives qui fixent le calcium et permettent l’intervention des protéines de la coagulation.

💡 Astuce mémo

Modification de l’acide aminé → changement de structure ou de fonction

📖 5. Propriétés physiques des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Amphotère : Une substance peut changer d’ionisation et de charge en fonction du pH grâce à ses fonctions acide et basique.

★ À maîtriser

• À pH inférieur à son pHi, un acide aminé est chargé positivement ; à pH égal à son pHi, il ne migre pas en électrophorèse ; à pH supérieur à son pHi, il est chargé négativement.

Compléments

• Tous les acides aminés absorbent fortement les ultraviolets sous 230 nm, tandis que la phénylalanine absorbe aussi à 260 nm et la tyrosine et le tryptophane à 280 nm.

💡 Astuce mémo

pH acide : charge positive ; pH basique : charge négative

📖 6. Réactions chimiques des acides aminés

★ À maîtriser

• La décarboxylation, catalysée par une décarboxylase avec le phosphate de pyridoxal, enlève le groupement carboxyle d’un acide aminé et produit une amine biogène.

• La transamination transfère réversiblement un groupement aminé d’un acide aminé vers un α-cétoacide grâce à une transaminase et au phosphate de pyridoxal, sans libération de NH3.

• L’ASAT transfère le groupement aminé de l’aspartate vers l’α-cétoglutarate pour former de l’oxaloacétate et du glutamate : $ext{aspartate}+ ext{α-cétoglutarate} ightleftharpoons ext{oxaloacétate}+ ext{glutamate}.$

• L’ALAT transfère le groupement aminé de l’alanine vers l’α-cétoglutarate pour former du pyruvate et du glutamate : $ext{alanine}+ ext{α-cétoglutarate} ightleftharpoons ext{pyruvate}+ ext{glutamate}.$

Compléments

• La décarboxylation de l’histidine produit l’histamine, médiateur de la réaction allergique et vasodilatateur.

💡 Astuce mémo

Décarboxylation, transamination, condensation

📖 7. Fractionnement et dosage des acides aminés

📝 Points essentiels

• En électrophorèse, les acides aminés sont déposés dans un tampon puis soumis à un champ électrique, et leur migration dépend de leur charge globale au pH considéré.

• Sur une résine échangeuse de cations, les acides aminés sont d’abord tous chargés positivement puis sont élués lors de l’augmentation progressive du pH selon l’ordre acides, polaires, neutres et basiques.

💡 Astuce mémo

Acides → polaires → neutres → basiques

📖 8. Structure et propriétés des peptides

🔑 Notions clés & Définitions

• Peptide : Enchaînement de 2 à 100 acides aminés liés par des liaisons peptidiques, dont la masse moléculaire est inférieure à 10 000 daltons.
• Liaison peptidique : Résulte de la condensation entre le groupement carboxyle d’un acide aminé et le groupement amine d’un autre acide aminé, avec élimination d’eau.

★ À maîtriser

• La liaison peptidique possède un caractère de double liaison partielle par résonance, ce qui la rend plane, rigide et dépourvue de rotation entre le carbone et l’azote.

Compléments

📌 Dans l’écriture d’un peptide, l’extrémité N-terminale est placée à gauche et l’extrémité C-terminale à droite.

• Les peptides irréguliers libèrent des radicaux supplémentaires ou contiennent des liaisons pseudo-peptidiques lors de leur hydrolyse, contrairement aux peptides réguliers qui libèrent uniquement des acides aminés de série L.

💡 Astuce mémo

Liaison peptidique rigide ; rotations autour des carbones α

📖 9. Peptides biologiquement importants

★ À maîtriser

• Le glutathion est un tripeptide irrégulier composé de glutamate, cystéine et glycine, dont la fonction thiol libre contribue à la protection antioxydante du globule rouge.

📌 L’ocytocine augmente la contraction du muscle utérin lors de l’accouchement, tandis que la vasopressine possède une action antidiurétique et augmente la pression sanguine.

📌 L’insuline est une hormone hypoglycémiante sécrétée en réponse à une hyperglycémie, tandis que le glucagon est une hormone hyperglycémiante sécrétée en réponse à une hypoglycémie.

• L’insuline est constituée de deux chaînes reliées par deux ponts disulfures interchaînes et un pont disulfure intrachaîne, puis libérée après clivage protéolytique de la proinsuline avec élimination du peptide C.

Compléments

• L’hepcidine est produite par le foie sous forme d’un propeptide de 85 résidus puis maturée en peptide de 25 résidus comportant quatre ponts disulfures et participant à l’homéostasie du fer.

• Le glucagon est une chaîne de 29 résidus produite à partir du pré-proglucagon par clivages successifs et stimule la néoglucogenèse, la libération du glycogène et la lipolyse.

💡 Astuce mémo

Insuline hypoglycémiante ; glucagon hyperglycémiant

📖 10. Définition et classification des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine : Macromolécule non dialysable de masse moléculaire supérieure à 10 000 daltons, constituée d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques et organisée en structure tridimensionnelle complexe.

📝 Points essentiels

📌 Les holoprotéines sont constituées uniquement de résidus d’acides aminés, tandis que les hétéroprotéines comportent une apoprotéine et un groupement prosthétique non protéique.

• Les glycoprotéines sont des protéines liées covalemment à une fraction glucidique et participent à la reconnaissance, à la protection contre la protéolyse et à la modification des propriétés physico-chimiques.

💡 Astuce mémo

Holoprotéine = acides aminés seuls ; hétéroprotéine = partie non protéique ajoutée

📖 11. Classification et rôles des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéines : Macromolécules non dialysables de masse moléculaire supérieure à 10 000 daltons, constituées d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques et adoptant une structure tridimensionnelle complexe.

★ À maîtriser

📌 Les N-glycoprotéines portent une N-acétylglucosamine liée en configuration bêta à l’amide de l’asparagine dans le réticulum endoplasmique, tandis que les O-glycoprotéines portent plutôt une N-acétylgalactosamine liée en configuration alpha à la sérine ou à la thréonine dans l’appareil de Golgi.

• Les glycoprotéines ont trois rôles:

  • Reconnaissance
  • Protection contre la protéolyse
  • Modification des propriétés physico-chimiques, notamment de la viscosité

• L’érythropoïétine possède 165 résidus, est O-glycosylée sur un résidu de sérine et N-glycosylée sur trois résidus d’asparagine ; les glycosylations représentent 40 % du poids de l’ÉPO mature.

• Les principales fonctions protéiques sont:

  • Plastique
  • Motrice
  • Nutritive
  • Messagère
  • Réceptrice
  • Transport
  • Enzymatique
  • Défense

Compléments

📌 Les lipoprotéines transportent les lipides et comprennent notamment les HDL de haute densité, les LDL de faible densité et les VLDL de très faible densité, tandis que les phosphoprotéines portent souvent un groupement phosphorique lié à la sérine ou à la thréonine.

📖 12. Organisation structurale des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : Correspond à l’enchaînement des acides aminés d’une protéine, déterminable par l’étude des séquences protéiques ou nucléotidiques du gène.
• Structure secondaire : La structure secondaire est le premier degré de repliement de la chaîne peptidique, stabilisé par des liaisons hydrogène entre les groupements carbonyle et aminé, et formant des hélices alpha, des feuillets bêta ou des boucles.
• Structure tertiaire : Correspond au second degré de repliement qui donne à la protéine sa forme tridimensionnelle caractéristique et son activité biologique, grâce notamment aux liaisons hydrogène, interactions hydrophobes, interactions de Van der Waals, liaisons ioniques et ponts disulfure.
• Structure quaternaire : Association de plusieurs chaînes polypeptidiques ou sous-unités, chacune possédant sa propre structure tertiaire.

★ À maîtriser

• Dans une hélice alpha, la chaîne forme une hélice droite de 3,6 résidus par tour et le carbonyle d’un résidu forme une liaison hydrogène avec l’hydrogène du quatrième résidu suivant.

📌 Un feuillet bêta parallèle possède des chaînes orientées dans le même sens, tandis qu’un feuillet bêta antiparallèle possède des chaînes orientées en sens opposés.

Compléments

📌 La proline ne forme pas d’hélice alpha car elle ne possède pas d’hydrogène sur son azote libre, tandis que la glycine la perturbe en raison de sa grande flexibilité.

• Un doigt de zinc est un motif d’environ trente résidus dans lequel un atome de zinc est coordonné à quatre cystéines ou à deux cystéines et deux histidines, permettant la fixation de facteurs de transcription à l’ADN.

• L’hémoglobine est un hétérotétramère formé de deux chaînes alpha et de deux chaînes bêta.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 13. Repliement et protéines prions

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéines chaperons : Se fixent sur les zones hydrophobes des protéines afin d’éviter les mauvais repliements, les agrégations et les précipitations, et peuvent aider certaines protéines à traverser les membranes.

📝 Points essentiels

• La dénaturation douce de l’ARNase entraîne la perte de sa structure tridimensionnelle et de son activité, tandis que son refroidissement doux permet une renaturation et la récupération de sa fonction.

• La protéine prion pathologique PrPSc possède la même séquence d’acides aminés que PrPC mais un repliement différent, avec 43 % de feuillets bêta et 30 % d’hélices alpha au lieu de 42 % d’hélices alpha et 4 % de feuillets bêta.

• La protéine prion mal repliée convertit progressivement les protéines prions normales fixées aux neurones, provoquant une destruction irréversible du système nerveux central.

💡 Astuce mémo

Mauvais repliement → agrégation → destruction neuronale

📖 14. Méthodes de séparation et identification

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrophorèse : Sépare des molécules chargées en les faisant migrer dans un champ électrique et permet notamment de séparer et purifier les protéines.

★ À maîtriser

📌 L’électrophorèse sur papier ou acétate de cellulose sépare principalement selon la charge, les gels d’agarose ou d’acrylamide selon la charge et la taille, et le gel d’acrylamide avec SDS principalement selon la taille.

• Le Western blot sépare les protéines sur un gel, les transfère sur une feuille de polymère, les met en contact avec un anticorps spécifique marqué, puis révèle la protéine reconnue.

Compléments

📐 Formule — En électrophorèse SDS, la mobilité électrophorétique est inversement proportionnelle au logarithme de la masse moléculaire : $mu \propto \frac{1}{\log(M)}$.

• L’électrophorèse bidimensionnelle sépare d’abord les protéines selon leur point isoélectrique dans un gradient de pH, puis selon leur taille dans un gel SDS de polyacrylamide.

• L’identification par empreinte de masse peptidique compare les masses peptidiques expérimentales aux masses théoriques calculées à partir des séquences disponibles en banque de données.

💡 Astuce mémo

Séparer → révéler → identifier

📖 15. Chromatographies et protéomique

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéome : Ensemble des protéines présentes dans une cellule donnée à un moment donné.

★ À maîtriser

• La spectrométrie de masse MALDI ionise les protéines dans une matrice au laser, accélère les ions dans un champ électrique et mesure leur temps de vol selon leur rapport masse/charge.

📌 En chromatographie d’exclusion, les grosses molécules, qui ne pénètrent pas dans les pores des billes, sont éluées avant les petites molécules.

• La chromatographie d’affinité fixe une molécule spécifique sur une colonne, fait passer le mélange, élimine les molécules non fixées, puis élue les protéines retenues par augmentation de la force ionique.

📌 Une résine échangeuse d’anions chargée positivement retient les protéines négatives, tandis qu’une résine échangeuse de cations chargée négativement retient les protéines positives.

Compléments

• La spectrométrie de masse en tandem isole un peptide dans un premier spectromètre, le fragmente dans une cellule de collision, puis analyse les fragments dans un second spectromètre pour déterminer sa séquence.

💡 Astuce mémo

Exclusion : les grosses sortent d’abord ; affinité : les spécifiques restent

📖 16. Propriétés physico-chimiques des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Point isoélectrique : pH auquel une protéine possède autant de groupements chargés positivement que négativement et une charge nette nulle.

★ À maîtriser

📌 En électrophorèse SDS, la distance de migration varie linéairement en sens inverse du logarithme de la masse moléculaire, tandis que la filtration sur gel estime la masse à partir du volume d’élution comparé à une protéine étalon.

• À pH 8,6, l’albumine de pI 4,7 est fortement chargée négativement et migre vers le pôle positif lors de l’électrophorèse des protéines sériques.

📌 La solubilité des protéines augmente avec la présence de résidus polaires en surface et de sérines, mais elle est minimale au point isoélectrique et peut diminuer lorsque la concentration en sel devient trop élevée.

Compléments

📌 Le dosage ultraviolet à 280 nm est simple mais peu précis car il dépend de la proportion de tyrosine et de tryptophane, tandis que le dosage au biuret ou au bleu de Coomassie est plus sensible.

💡 Astuce mémo

Au pI, la charge nette est nulle et la solubilité minimale

📊 Tableaux de synthèse

Polarité des acides aminés

Classifications structurales et fonctionnelles