Fiche de révision : Acides aminés et protéines

📋 Plan du Cours

1. Rôle et structure des acides aminés
2. Classifications des acides aminés
3. Acides aminés aliphatiques
4. Acides aminés cycliques et aromatiques
5. Acides aminés acides et basiques
6. Propriétés physiques des acides aminés
7. Ionisation et point isoélectrique
8. Peptides et liaison peptidique
9. Séquençage des protéines
10. Structures secondaires des protéines
11. Structures tertiaire et quaternaire
12. Propriétés et méthodes d’étude

📖 1. Rôle et structure des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé α : Possède un carbone α lié simultanément à un groupe carboxyle, un groupe amine, un atome d’hydrogène et un groupe R.

📝 Points essentiels

📌 Les groupes carboxyle et amine communs aux acides aminés déterminent leurs propriétés communes, tandis que le radical R détermine notamment leur taille, leur charge, leur hydrophobie et leur réactivité chimique.

💡 Astuce mémo

Un carbone α central portant quatre substituants : NH₂, COOH, H et R.

📖 2. Classifications des acides aminés

★ À maîtriser

• Les acides aminés protéogéniques sont des précurseurs incorporables in vivo dans les protéines et sont au nombre de 21, tandis que certains acides aminés présents dans les protéines ne sont incorporés qu’après modification post-traductionnelle.

📌 Les acides aminés indispensables ne peuvent pas être synthétisés par les cellules humaines et doivent être apportés par l’alimentation, contrairement aux acides aminés non indispensables qui peuvent être synthétisés par ces cellules.

Compléments

• Le tryptophane est un précurseur de la sérotonine, aussi appelée 5-hydroxy-tryptamine.

• La sélénocystéine est le 21e acide aminé, analogue de la cystéine dans lequel le sélénium remplace le soufre, et elle se trouve notamment dans le site actif de la glutathion-peroxydase.

💡 Astuce mémo

Précurseurs protéogéniques ≠ constituants modifiés ≠ acides aminés métaboliques libres.

📖 3. Acides aminés aliphatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Méthionine : Acide aminé soufré essentiel dont le soufre participe à une liaison thioéther ; son radical apolaire et hydrophobe intervient spécifiquement dans l’initiation de la biosynthèse des protéines.

📝 Points essentiels

• La glycine possède un atome d’hydrogène comme chaîne latérale, est le seul acide aminé symétrique, n’appartient ni à la série L ni à la série D et représente 5 % des acides aminés des protéines.

📌 La valine, la leucine et l’isoleucine sont des acides aminés aliphatiques ramifiés, apolaires, hydrophobes et essentiels.

📌 Les groupements hydroxyles de la sérine et de la thréonine peuvent être estérifiés par l’acide phosphorique, ce qui permet la régulation des protéines par phosphorylation et déphosphorylation.

• Dans un environnement non réducteur, deux fonctions thiol de cystéines s’oxydent pour former un pont disulfure et de la cystine.

💡 Astuce mémo

Simple puis ramifiés, hydroxylés et enfin soufrés.

📖 4. Acides aminés cycliques et aromatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Proline : Le seul acide aminé à fonction amine secondaire ; son cycle pyrrolidine limite les liaisons hydrogène de la structure secondaire des protéines.

★ À maîtriser

📌 La phénylalanine est aromatique, apolaire et très hydrophobe, tandis que la tyrosine est aromatique mais polaire grâce à sa fonction phénol.

• La phénylalanine, la tyrosine et le tryptophane absorbent les ultraviolets, avec des maxima respectifs d’environ 260 nm, 275 nm et 280 nm.

Compléments

• Le tryptophane est très fragile, est détruit par les acides minéraux et ne peut donc pas être isolé dans les hydrolysats acides.

💡 Astuce mémo

Proline impose une contrainte cyclique, tandis que les aromatiques absorbent les UV.

📖 5. Acides aminés acides et basiques

★ À maîtriser

📌 Les acides aspartique et glutamique sont dicarboxyliques et presque complètement ionisés négativement au pH physiologique, tandis que l’asparagine et la glutamine sont leurs formes amides chimiquement neutres.

• La lysine possède une fonction amine terminale très basique de pK 10,8 et reste positivement chargée au pH physiologique.

• L’arginine possède un noyau guanidinium de pK 12,8, dont la charge positive est délocalisée entre trois atomes d’azote, et son pHi est de 10,7.

Compléments

• L’histidine possède un noyau imidazole de pK 6,0 capable de donner ou d’accepter des protons à pH neutre, ce qui explique sa fréquence dans les sites catalytiques enzymatiques.

💡 Astuce mémo

Aspartate et glutamate portent une charge négative, lysine et arginine une charge positive.

📖 6. Propriétés physiques des acides aminés

★ À maîtriser

📌 Les acides aminés hydrophiles peuvent établir des liaisons hydrogène avec l’eau, tandis que les acides aminés hydrophobes ont tendance à regrouper leurs radicaux apolaires à l’abri du solvant.

• Les acides aminés polaires chargés sont:
  • Asp
  • Glu
  • Lys
  • Arg
  • His

Compléments

• Les acides aminés non polaires sont:
  • Ala
  • Val
  • Leu
  • Ile
  • Met
  • Phe
  • Trp
  • Pro

💡 Astuce mémo

Hydrophile : liaison H avec l’eau ; hydrophobe : regroupement à l’abri de l’eau.

📖 7. Ionisation et point isoélectrique

🔑 Notions clés & Définitions

• Point isoélectrique : Le pH auquel un acide aminé possède une charge électrique globale nulle.

★ À maîtriser

📌 Quand le pH est égal au pK d’un groupement ionisable, les concentrations de ses formes protonée et déprotonée sont égales.

📐 Formule — Pour un acide aminé sans chaîne latérale ionisable, le point isoélectrique vérifie $pHi = \frac{pK_{COOH}+pK_{NH_2}}{2}$.

Compléments

• Pour la glycine, le calcul donne $pHi = \frac{2{,}4+9{,}6}{2}=6{,}0$.

• Pour l’acide aspartique, le point isoélectrique est $pHi = \frac{2{,}1+4{,}0}{2}=3{,}05$, car les deux pK qui encadrent la forme neutre sont ceux des deux groupes carboxyliques.

💡 Astuce mémo

pH inférieur au pHi → charge positive ; pH supérieur au pHi → charge négative.

📖 8. Peptides et liaison peptidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Relie les acides aminés d’un peptide et résulte de l’union entre un groupe carboxyle et un groupe amine.

📝 Points essentiels

• Les oligopeptides contiennent moins de 10 acides aminés, les polypeptides plus de 10 acides aminés, et les protéines sont des polypeptides dont la masse moléculaire dépasse 10 000 Da.

• Une séquence peptidique s’écrit toujours de l’extrémité N-terminale vers l’extrémité C-terminale, par exemple Tyr-Gly-Gly-Phe-Met.

• La résonance de la liaison peptidique délocalise l’orbitale π entre N, C et O, impose une hybridation sp2 et immobilise ces trois atomes dans un même plan.

💡 Astuce mémo

N-terminal → séquence peptidique → C-terminal.

📖 9. Séquençage des protéines

★ À maîtriser

• Le séquençage d’une chaîne polypeptidique comprend la séparation des chaînes, l’analyse de leur composition, l’identification des extrémités, la fragmentation, la séparation des fragments, leur séquençage et la reconstitution de la séquence initiale.

• La réaction d’Edman marque l’acide aminé N-terminal avec le phénylisothiocyanate, libère sa phénylthiohydantoïne en milieu acide, puis répète le cycle sur le nouveau N-terminal.

📌 La trypsine clive du côté carboxyle des lysines et arginines, sauf lorsque le résidu portant la fonction amine est une proline.

Compléments

📌 Le bromure de cyanogène clive la chaîne du côté carboxyle d’une méthionine après réaction avec sa fonction thiol.

💡 Astuce mémo

Séparer, analyser, identifier les extrémités, fragmenter, séquencer, assembler.

📖 10. Structures secondaires des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure secondaire : Correspond aux conformations locales régulières ou non régulières d’une chaîne polypeptidique, notamment les hélices α, les feuillets β, les coudes et les boucles.

★ À maîtriser

• L’hélice α droite contient 3,6 résidus par tour, possède un pas de 5,4 Å et est stabilisée par une liaison hydrogène entre le carbonyle d’un résidu et l’amine du quatrième résidu suivant.

📌 Un feuillet β antiparallèle possède des chaînes orientées en sens opposés et est généralement plus stable qu’un feuillet β parallèle dont les chaînes sont orientées dans le même sens.

Compléments

• Les coudes β sont constitués de quatre résidus et inversent la direction de la chaîne d’environ 180 degrés, tandis que les boucles sont des structures irrégulières mais bien définies situées à la surface des protéines.

💡 Astuce mémo

Hélice α et feuillet β sont ordonnés ; boucles et random coil sont moins réguliers.

📖 11. Structures tertiaire et quaternaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure tertiaire : Est la structure spatiale globale obtenue par le repliement d’une chaîne polypeptidique sur elle-même.
• Structure quaternaire : Correspond à l’association de plusieurs sous-unités protéiques identiques ou différentes, notamment par des interactions hydrophobes.

★ À maîtriser

• Les interactions stabilisatrices comprennent:

  • Ponts disulfures
  • Interactions hydrophobes
  • Interactions électrostatiques
  • Liaisons hydrogène
  • Interactions dipôle-dipôle

• L’expérience d’Anfinsen montre qu’après dénaturation de la ribonucléase par le β-mercaptoéthanol et l’urée, l’élimination des réactifs permet à la protéine de retrouver spontanément sa conformation native et son activité.

Compléments

• L’hémoglobine est un hétérotétramère constitué de deux sous-unités α et de deux sous-unités β, noté α2β2.

💡 Astuce mémo

Interactions entre chaînes latérales → repliement tertiaire → assemblage quaternaire.

📖 12. Propriétés et méthodes d’étude

🔑 Notions clés & Définitions

• Dénaturation : Est la perte de l’activité biologique d’une protéine par altération de sa conformation native sans rupture de sa structure primaire.

📝 Points essentiels

📌 La solubilité des protéines est minimale au point isoélectrique, car l’absence de charge réduit les répulsions entre molécules et favorise leur agrégation.

• Une faible force ionique peut solubiliser les protéines, tandis qu’une force ionique élevée diminue leur hydratation, augmente les interactions hydrophobes et provoque leur précipitation par relargage.

📐 Formule — En chromatographie d’exclusion, le volume d’élution vérifie $V_e=V_o+K_DV_i$, avec $K_D$ compris entre 0 pour les grosses molécules et 1 pour les petites molécules.

• En électro-isofocalisation, chaque protéine migre dans un gradient de pH jusqu’à la zone où le pH est égal à son pHi, puis elle s’immobilise.

• Le Western blot sépare d’abord les protéines par SDS-PAGE, les transfère sur une membrane de nitrocellulose, les reconnaît avec un anticorps spécifique puis révèle le complexe antigène-anticorps.

💡 Astuce mémo

Dénaturer, solubiliser, séparer puis identifier par charge, taille ou anticorps.

📊 Tableaux de synthèse

Classification des acides aminés selon la polarité