Fiche de révision : Acides aminés et propriétés biochimiques

📋 Plan du Cours

1. Structure et rôles généraux des acides aminés
2. Classification des acides aminés protéinogènes
3. Acides aminés aliphatiques et proline
4. Acides aminés aromatiques
5. Acides aminés hydroxylés et soufrés
6. Acides aminés acides et basiques
7. Catabolisme et acides aminés rares
8. Propriétés acido-basiques
9. Chiralité et isomérie optique
10. Rôles biologiques des acides aminés
11. Électrophorèse des acides aminés

📖 1. Structure et rôles généraux des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Molécule organique comportant un squelette carboné, une chaîne latérale R et des fonctions amine et acide carboxylique portées par le carbone α, sauf la proline qui possède une amine secondaire.

★ À maîtriser

📌 Les acides aminés protéinogènes participent à la synthèse des protéines, tandis que les acides β- et γ-aminés ne sont pas protéinogènes.

• Les acides aminés naturels appartiennent majoritairement à la série L, mais certains acides aminés de série D, comme la D-sérine, sont utilisés par l’organisme.

• On compte 22 acides aminés protéinogènes : 20 standards et deux rares, la sélénocystéine et la pyrrolysine.

Compléments

• La chaîne latérale R caractérise un acide aminé par sa taille, sa charge, sa polarité, son hydrophobicité, sa réactivité chimique et son caractère aliphatique ou aromatique.

📌 Les acides aminés post-traductionnels se forment par modification chimique après l’incorporation d’un autre acide aminé, tandis que les acides aminés protéinogènes sont incorporés lors de la synthèse protéique.

📖 2. Classification des acides aminés protéinogènes

★ À maîtriser

• Les acides aminés standards se classent selon leur chaîne latérale en apolaires, polaires non chargés, polaires basiques et polaires acides.

• Les acides aminés essentiels sont :

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

Compléments

• L’arginine est semi-essentielle, notamment parce qu’un apport exogène est nécessaire chez les nourrissons et les femmes enceintes.

• Les acides aminés non essentiels peuvent être biosynthétisés à partir d’acides aminés essentiels, d’intermédiaires métaboliques ou d’autres acides aminés non essentiels.

💡 Astuce mémo

KHR désigne les acides aminés basiques : lysine, histidine, arginine.

📖 3. Acides aminés aliphatiques et proline

★ À maîtriser

• La glycine est le plus petit acide aminé, avec une masse de 57 Da, et son radical R est un atome d’hydrogène.

• Dans le cycle de Felig, l’alanine transporte au foie du pyruvate qui contribue à la formation de glucose.

• La proline est le seul acide aminé courant dont la fonction amine est secondaire et cyclique.

• La proline est hydroxylée par la prolyl hydroxylase, en présence de vitamine C et de Fe2+, pour former notamment la 4-hydroxyproline impliquée dans la résistance de la triple hélice du collagène.

Compléments

• La glycine ne possède pas de carbone asymétrique et n’a donc pas de pouvoir rotatoire.

• L’alanine est synthétisée à partir du pyruvate et du glutamate par transamination dans les cellules musculaires.

• La structure cyclique de la proline la rend rigide et déstabilise les hélices α et les feuillets β.

📖 4. Acides aminés aromatiques

★ À maîtriser

• La phénylalanine hydroxylase transforme la phénylalanine en tyrosine, et son déficit génétique peut provoquer la phénylcétonurie.

• La phénylcétonurie est une maladie autosomique récessive due à un déficit en phénylalanine hydroxylase, entraînant l’accumulation de phénylalanine et la formation d’acide phényl-pyruvique toxique pour le système nerveux central.

• Le tryptophane est précurseur de la mélatonine, de la sérotonine et du nicotinamide, et il entre dans la voie de la kynurénine pour la production de NAD+.

Compléments

• La phénylalanine absorbe les ultraviolets à 257 nm et est un acide aminé essentiel apolaire.

• Le dépistage de la phénylcétonurie est effectué dès 72 heures de vie par le test de Guthrie.

• La tyrosinase forme la DOPA à partir de la tyrosine dans les mélanocytes, et une atteinte de cette enzyme peut conduire à l’albinisme.

• Le tryptophane est le plus gros acide aminé, avec une masse de 204 Da, et il est essentiel et apolaire.

💡 Astuce mémo

Phénylalanine hydroxylase forme la tyrosine ; tyrosinase forme la DOPA dans les mélanocytes.

📖 5. Acides aminés hydroxylés et soufrés

★ À maîtriser

• Les O-glycosylations relient covalemment un glucide à une chaîne polypeptidique et se déroulent dans l’appareil de Golgi.

• Deux cystéines s’oxydent en présence d’oxygène par leurs fonctions thiol pour former une cystine liée par un pont disulfure.

• Les ponts disulfure sont des liaisons covalentes qui influencent la structure tridimensionnelle et la fonction des protéines.

• La méthionine est codée par AUG comme codon de départ et peut être clivée après la traduction par la méthionine aminopeptidase.

Compléments

• La sérine est synthétisée à partir du 3-phosphoglycérate et son groupement hydroxyle peut être phosphorylé ou O-glycosylé.

• La thréonine possède deux carbones asymétriques et son groupement hydroxyle peut être phosphorylé ou O-glycosylé.

• Les ponts disulfure se trouvent surtout dans les protéines extracellulaires, car le milieu intracellulaire est réducteur.

• La S-adénosylméthionine issue de la méthionine est un donneur majeur de groupements méthyle pour l’ADN, l’ARN et les protéines.

📌 La méthionine ne forme pas de ponts disulfure, contrairement à la cystéine qui possède une fonction thiol oxydable.

📖 6. Acides aminés acides et basiques

★ À maîtriser

• L’aspartate est le plus acide des acides aminés et porte une charge négative sous sa forme ionisée.

• Le glutamate est un neurotransmetteur excitateur du système nerveux central et un précurseur du GABA, neurotransmetteur inhibiteur.

• La glutamine donne de l’azote pour la synthèse des bases puriques et pyrimidiques et d’autres acides aminés.

• L’arginine est l’acide aminé le plus basique et constitue un précurseur de la créatine et de l’oxyde nitrique.

• L’histidine est un précurseur de l’histamine par décarboxylation et participe aux liaisons de coordination avec des ions métalliques dans certaines métalloprotéines.

Compléments

• L’aspartate est formé par transamination à partir de l’oxaloacétate et participe à la biosynthèse des bases pyrimidiques, à la néoglucogenèse et au cycle de l’urée.

• L’asparagine est une cible de N-glycosylation, modification fréquente des glycoprotéines.

• L’arginine est formée au cours de l’uréogenèse hépatique chez l’adulte puis transformée en urée.

💡 Astuce mémo

Glutamate excitateur, GABA inhibiteur : deux effets opposés sur le système nerveux central.

📖 7. Catabolisme et acides aminés rares

★ À maîtriser

• Le catabolisme des acides aminés libère d’abord le groupement α-aminé sous forme d’ammoniac, puis dégrade le squelette carboné, qui peut contribuer à former du glucose ou des corps cétoniques.

📌 Tous les acides aminés sont glucogéniques sauf la leucine et la lysine, qui sont uniquement cétogéniques.

• Les acides aminés à la fois glucogéniques et cétogéniques sont :
  • la tyrosine
  • la phénylalanine
  • le tryptophane
  • l’isoleucine

Compléments

• La pyrrolysine est un acide aminé protéinogène rare, dérivé de la lysine, présent chez certaines archées et certaines bactéries et codé par UAG.

• La sélénocystéine est un acide aminé rare dont le soufre est remplacé par du sélénium et qui est incorporé lors de la traduction à partir d’un ARNt spécifique associé au codon UGA.

• La sélénocystéine est présente dans des enzymes d’oxydoréduction, notamment des systèmes antioxydants comme la glutathion peroxydase.

💡 Astuce mémo

Leucine et lysine sont cétogènes seulement ; tyrosine, phénylalanine, tryptophane et isoleucine sont aussi glucogènes.

📖 8. Propriétés acido-basiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Caractère amphotère : Capacité à se comporter à la fois comme un acide et comme une base grâce à ses groupements carboxyle et amine ionisables.

• Point isoélectrique : pH auquel un acide aminé porte autant de charges positives que négatives et possède une charge nette nulle sous forme zwitterionique.
• pKa : pH auquel 50 % des molécules d’un groupement sont ionisées et 50 % ne le sont pas.

★ À maîtriser

• Le groupement carboxyle α-COOH est associé au pKa1 et libère un proton en milieu basique, tandis que le groupement amine α-NH2 est associé au pKa2 et capte un proton en milieu acide.

• Un acide aminé est chargé positivement si le pH est inférieur à son pHi, neutre si le pH égale son pHi et négativement si le pH est supérieur à son pHi.

📐 Formule - Pour un acide aminé à chaîne latérale non ionisable, le pHi est la moyenne des deux pKa qui encadrent la forme de charge nette nulle : $pH_i = \frac{pK_{a1}+pK_{a2}}{2}$.

Compléments

• En solution aqueuse, un acide aminé n’existe pas sous sa forme entièrement non ionisée COOH et NH2.

• Le pKa1 du groupement α-COOH est proche de 2 et le pKa2 du groupement α-NH2 est proche de 9 à 10 pour tous les acides aminés.

• Les chaînes latérales ionisables appartiennent à :

  • la cystéine
  • la tyrosine
  • l’histidine
  • la lysine
  • l’arginine
  • l’aspartate
  • le glutamate

• Les acides aminés à chaîne latérale non ionisable ont deux zones tampons autour de leurs pKa, tandis que ceux à chaîne latérale ionisable en ont trois.

• La sérine et la thréonine ne sont ionisées qu’à partir de pH 13 et ne le sont donc pas aux conditions physiologiques cellulaires.

💡 Astuce mémo

pH bas : formes protonées ; autour du pHi : zwitterion ; pH élevé : formes déprotonées.

📖 9. Chiralité et isomérie optique

📝 Points essentiels

• Tous les acides aminés courants sauf la glycine possèdent au moins un carbone asymétrique et existent sous deux énantiomères non superposables, D et L.

📌 La série L ou D décrit la configuration d’un acide aminé, tandis que lévogyre ou dextrogyre décrit le sens de déviation de la lumière polarisée.

💡 Astuce mémo

Série L ne signifie pas pouvoir lévogyre : configuration et sens de rotation sont distincts.

📖 10. Rôles biologiques des acides aminés

★ À maîtriser

• La glycine et le glutamate sont des neurotransmetteurs : la glycine est inhibitrice et le glutamate excitateur dans le système nerveux central.

• La créatine synthétisée dans le foie rejoint le muscle squelettique, où 95 % de la créatine est stockée et convertie en phosphocréatine par la créatine kinase avant de contribuer à la production d’ATP.

Compléments

• La glutamine contribue à l’élimination de l’ammoniac par l’uréogenèse hépatique et l’ammoniogenèse rénale.

• La phénylalanine est transformée en tyrosine, précurseur des catécholamines, de la mélanine et des hormones thyroïdiennes.

• Dans la thyroïde, les hormones sont synthétisées sous forme T4 et T3 ; la T4 peut ensuite être convertie en T3 par désiodation.

💡 Astuce mémo

Dégradation du groupement aminé → ammoniac détoxifié par le cycle de l’urée.

📖 11. Électrophorèse des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrophorèse : Séparation des molécules par un champ électrique, où les acides aminés migrent vers l’électrode de charge opposée à la leur.

★ À maîtriser

• En électrophorèse, si le pH est supérieur au pHi, l’acide aminé chargé négativement migre vers l’anode positive.

• En électrophorèse, si le pH égale le pHi, l’acide aminé zwitterionique ne migre pas.

• En électrophorèse, si le pH est inférieur au pHi, l’acide aminé chargé positivement migre vers la cathode négative.

Compléments

• La vitesse de migration électrophorétique dépend de l’écart entre le pH et le pHi ainsi que du poids moléculaire de l’acide aminé.

💡 Astuce mémo

Au pH égal au pHi, l’AA ne migre pas ; au-dessus il migre vers l’anode, au-dessous vers la cathode.

📊 Tableaux de synthèse

Migration des acides aminés selon le pH