Fiche de révision : Acides aminés et protéines

📋 Plan du Cours

1. Structure de la matière et molécules
2. Carbone, isomérie et fonctions organiques
3. Réactions chimiques et propriétés de l’eau
4. Stéréoisomérie des oses
5. Cyclisation et formes des oses
6. Propriétés et dérivés glucidiques
7. Liaisons osidiques et lipides
8. Propriétés physiques des acides gras
9. Solubilité et organisation aqueuse
10. Réactions de la chaîne carbonée
11. Acides aminés standards et propriétés
12. Peptides et détermination des séquences
13. Organisation des protéines
14. Fonctions et classification des protéines
15. Étude et détection des protéines
16. Hétéroprotéines et groupements prosthétiques
17. Nucléotides et structures nucléiques
18. Élongation des brins d’ADN

📖 1. Structure de la matière et molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : La plus petite unité de matière qui conserve les propriétés de l’élément auquel il appartient.
• Molécule : Un édifice formé d’atomes liés entre eux ; leur énergie est plus basse que lorsqu’ils sont isolés, ce qui rend l’édifice plus stable.

★ À maîtriser

• Dans un atome électriquement neutre, le nombre de protons est égal au nombre d’électrons.

📌 Deux isotopes d’un même élément ont le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons et de masse différents.

• Le carbone, l’hydrogène, l’oxygène et l’azote représentent à eux seuls 96 % de la matière vivante.

Compléments

• Le noyau contient des protons et des neutrons, appelés nucléons, et le nombre de masse est égal à leur somme, $Z+N$.

• Les trois premiers niveaux électroniques peuvent contenir au maximum respectivement 2, 8 et 18 électrons, et ils se remplissent dans cet ordre.

• Les éléments essentiels à la vie comprennent :

  • le carbone
  • l’hydrogène
  • l’oxygène
  • l’azote
  • le phosphore
  • le soufre
  • le calcium
  • le potassium
  • le sodium
  • le chlore

📌 Dans la classification périodique, une période correspond au remplissage d’un niveau électronique, tandis que les éléments d’une même colonne ont le même nombre d’électrons sur leur dernier niveau et des propriétés voisines.

📖 2. Carbone, isomérie et fonctions organiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Carbone asymétrique : Un atome de carbone portant quatre substituants différents.
• Isomères : Des molécules ayant la même formule brute, mais des formules développées différentes.
• Énantiomères : Deux molécules images l’une de l’autre dans un miroir et non superposables.

★ À maîtriser

• Un atome de carbone possède quatre électrons sur sa couche périphérique et peut établir quatre liaisons pour atteindre une meilleure stabilité.

📌 Les isomères de fonction diffèrent par leur fonction chimique, les isomères de position par la position de leur fonction sur la chaîne carbonée, et les isomères de squelette par la disposition de cette chaîne.

📌 Dans une fonction aldéhyde, le carbone carbonylé porte au moins un atome d’hydrogène, tandis que dans une fonction cétone, il n’en porte aucun.

Compléments

• Le glucose et le fructose ont la formule brute $C_6H_{12}O_6$, mais le glucose possède une fonction aldéhyde et le fructose une fonction cétone.

• Dans un stéréoisomère géométrique, les substituants sont en position cis lorsqu’ils sont du même côté de la double liaison et trans lorsqu’ils sont de côtés opposés.

• Un mélange équimolaire de deux énantiomères est un racémique, qui est inactif sur la lumière polarisée.

• Les diastéréoisomères sont des stéréoisomères ayant au moins deux carbones asymétriques qui ne forment pas un couple d’énantiomères ; les épimères ne diffèrent que par la configuration absolue d’un seul carbone asymétrique.

• Les alcools primaires, secondaires et tertiaires se distinguent par le nombre d’atomes d’hydrogène portés par le carbone lié au groupe hydroxyle : deux, un et zéro, respectivement.

• La fonction thiol est caractérisée par le groupement –SH et présente une réactivité chimique proche de celle de la fonction alcool.

📌 Les amines sont basiques et se classent en primaires, secondaires ou tertiaires selon que l’azote porte deux, un ou zéro atome d’hydrogène.

• Le groupement carboxyle –COOH est déprotoné à pH physiologique sous la forme –COO–.

• À pH physiologique, la forme prédominante de l’acide phosphorique est $HPO_4^{2-}$.

💡 Astuce mémo

Cis : mêmes côtés ; trans : côtés opposés.

📖 3. Réactions chimiques et propriétés de l’eau

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison hydrogène : Une interaction entre un atome d’hydrogène lié par covalence à un atome électronégatif et un autre atome électronégatif.

★ À maîtriser

• Une liaison covalente résulte de la mise en commun d’un, deux ou trois doublets d’électrons et est alors simple, double ou triple, respectivement.

📌 Selon la règle de l’octet, un atome tend à former des liaisons covalentes pour obtenir huit électrons sur sa couche périphérique, sauf l’hydrogène, qui tend à en obtenir deux selon la règle du duet.

📌 L’estérification entre un acide carboxylique et un alcool produit un ester, tandis que la réaction avec un thiol produit un thioester ; l’estérification est réversible.

• L’hydrolyse ajoute une molécule d’eau sur une fonction organique et rompt une liaison covalente ; un ester donne un alcool et un acide carboxylique, tandis qu’un amide donne une amine et un acide carboxylique.

📌 La condensation établit des liaisons covalentes entre monomères pour former un polymère, tandis que l’hydrolyse rompt les liaisons d’un polymère pour obtenir plusieurs monomères.

📌 Les substances hydrophiles ont une affinité pour l’eau et sont généralement polaires ou ioniques, tandis que les substances hydrophobes n’ont pas d’affinité pour l’eau et ne sont ni polaires ni ioniques.

Compléments

📌 Une liaison ionique résulte de l’attraction électrostatique entre deux ions de charges opposées après transfert d’un électron vers l’atome le plus électronégatif.

• Les forces de Van der Waals sont des attractions non spécifiques entre atomes non chargés suffisamment proches, dont la distribution électronique devient asymétrique et polarisée.

• L’amidification est la réaction entre un acide carboxylique et une amine primaire ou secondaire, qui produit un amide.

• L’hémiacétalisation est la réaction entre une fonction carbonylée, aldéhyde ou cétone, et un alcool, qui produit un hémiacétal.

• La molécule d’eau possède deux liaisons covalentes simples polarisées entre l’oxygène et les deux hydrogènes, ce qui permet la formation de liaisons hydrogène entre molécules d’eau.

• La membrane cellulaire sépare les espaces intracellulaire et extracellulaire, puis la paroi des vaisseaux sépare le secteur extracellulaire en secteurs intravasculaire ou plasmatique et interstitiel ou lymphatique.

• Dans l’organisme, l’eau protège l’encéphale et la moelle épinière par le liquide cérébro-spinal, protège le fœtus par le liquide amniotique, régule la température, sert de substrat ou de produit à des réactions enzymatiques, transporte globules et nutriments, facilite l’évacuation des déchets et irrigue les cellules.

💡 Astuce mémo

La condensation assemble ; l’hydrolyse sépare.

📖 4. Stéréoisomérie des oses

🔑 Notions clés & Définitions

• Ose : Un glucide simple comportant plusieurs fonctions alcool et une fonction carbonyle, aldéhyde ou cétone.
• Diastéréoisomères : Deux stéréoisomères qui ne sont pas images l’un de l’autre dans un miroir

★ À maîtriser

📌 Les oses sont classés selon leur nombre d’atomes de carbone — trioses, tétroses, pentoses, hexoses ou heptoses — et selon leur fonction carbonyle : aldoses pour une fonction aldéhyde et cétoses pour une fonction cétone.

📌 Le glycéraldéhyde est un aldotriose, tandis que la dihydroxyacétone est un cétotriose.

• Le C2 du glycéraldéhyde est lié à quatre substituants différents :
  • un hydrogène
  • un hydroxyle
  • un carbonyle
  • un groupement CH2OH

📌 En représentation de Fischer, le glycéraldéhyde est de série D si l’hydroxyle du C2 est à droite et de série L s’il est à gauche.

📌 Pour les oses à plusieurs carbones asymétriques, la série D ou L est déterminée par la position de l’hydroxyle porté par le dernier carbone asymétrique, le plus éloigné de la fonction carbonyle : à droite pour D et à gauche pour L.

• Pour un ose possédant n carbones asymétriques, le nombre de stéréoisomères possibles est $2^n$.

📌 Le D-érythrose et le D-thréose sont des épimères en C2, tandis que chaque forme D et sa forme L correspondante sont des énantiomères.

Compléments

• Les glucides représentent environ 5 % du poids sec des animaux et 70 % du poids sec des végétaux.

• Les glucides sont constitués essentiellement de carbone, d’hydrogène et d’oxygène, et un grand nombre d’entre eux répondent à la formule brute $C_n(H_2O)_n$.

• Les glucides peuvent notamment être associés à :

  • une source d’énergie
  • un rôle structural
  • des acides nucléiques
  • des antibiotiques naturels
  • des glycoprotéines
  • des glycolipides

• Les trioses ont pour formule brute $C_3H_6O_3$ et portent deux fonctions hydroxyles ainsi qu’une fonction carbonyle.

📌 Dans la représentation usuelle des oses, la chaîne carbonée est verticale et le carbone le plus oxydé est placé en haut et numéroté carbone 1.

• Les oses naturels appartiennent à la série D.

• Les aldotétroses ont deux carbones asymétriques et existent donc sous quatre formes stéréoisomères.

💡 Astuce mémo

Hydroxyle à droite : série D ; à gauche : série L.

📖 5. Cyclisation et formes des oses

🔑 Notions clés & Définitions

• Carbone anomérique : Le carbone asymétrique nouvellement créé lors de la cyclisation : C1 chez les aldoses et C2 chez les cétoses

★ À maîtriser

• En solution, les oses de plus de quatre carbones se cyclisent par réaction entre leur carbonyle et un hydroxyle de la chaîne, formant un hémiacétal cyclique.

📌 Dans un hexose, la réaction du carbonyle avec l’hydroxyle du C5 forme un cycle à six côtés appelé pyranose, tandis que la réaction avec l’hydroxyle du C4 forme un cycle à cinq côtés appelé furanose.

📌 Pour un ose de série D, l’anomère α place l’hydroxyle anomérique du même côté que l’hydroxyle qui détermine la série dans la forme linéaire, tandis que l’anomère β le place du côté opposé.

• En solution, les formes α, linéaire et β d’un ose s’interconvertissent par mutarotation.

Compléments

• Tollens a déterminé la structure cyclique des oses en 1884.

• Le D-glucose sous forme pyranose et d’anomérie α se nomme α-D-glucopyranose.

📌 En représentation de Haworth, les hydroxyles placés à droite dans la chaîne linéaire ou la représentation de Tollens sont sous le plan du cycle, tandis que ceux placés à gauche sont au-dessus du plan.

• En solution, le glucose est présent à 36 % sous forme α, à 64 % sous forme β et à moins de 1 % sous forme linéaire.

📖 6. Propriétés et dérivés glucidiques

★ À maîtriser

📌 L’oxydation d’un aldose en C1 produit un acide aldonique, tandis que l’oxydation d’un ose en C6 produit un acide uronique.

• En milieu alcalin et à chaud, un ose réducteur oxyde des substances telles que les sels métalliques et peut réduire les ions cuivre Cu²⁺ en Cu₂O.

• Avec le réactif de Fehling, une réaction positive produit un précipité rouge brique dont la quantité est proportionnelle à celle du sucre réducteur, tandis qu’une réaction négative laisse la solution bleue.

Compléments

• Le pouvoir rotatoire du glucose est de +52,5°, et son signe positif indique qu’il est dextrogyre.

• La polarimétrie permet d’identifier et de quantifier les oses grâce à leur pouvoir rotatoire spécifique.

• L’estérification des hydroxyles d’un ose par l’acide phosphorique produit un ester phosphorique, forme importante parmi les intermédiaires métaboliques.

📌 Le 2-désoxy-D-ribose a perdu l’hydroxyle du C2, remplacé par un hydrogène, tandis que le rhamnose est un 6-désoxy-L-mannose dont l’hydroxyle du C6 est remplacé par un hydrogène.

• L’acide glucuronique résulte de l’oxydation du glucose en C6 et est un précurseur de la biosynthèse de l’acide L-ascorbique, ou vitamine C.

• Les oses aminés possèdent généralement une fonction amine en C2 à la place de l’hydroxyle, et cette fonction peut être acétylée.

📖 7. Liaisons osidiques et lipides

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison osidique : Liaison entre l’hydroxyle anomérique d’un ose et un autre alcool lorsque les deux radicaux liés sont des oses
• Acides gras : Acides organiques à chaîne hydrocarbonée de quatre à vingt-quatre carbones, de formule générale R-COOH, pouvant être linéaires, cycliques ou ramifiés

★ À maîtriser

📌 Une liaison entre deux hydroxyles anomériques donne un oside non réducteur sans hydroxyle anomérique libre et bloque la mutarotation des cycles.

📌 Une liaison entre l’hydroxyle anomérique d’un ose et l’alcool primaire ou secondaire de l’autre ose laisse un hydroxyle anomérique libre, rendant l’oside réducteur et permettant la mutarotation de l’ose concerné.

• Les holosides sont constitués uniquement d’oses reliés par des liaisons osidiques faisant intervenir au moins une fonction réductrice.

• Le saccharose est un diholoside non réducteur constitué de glucose et de fructose reliés par une liaison α1→β2.

• Le lactose est un diholoside réducteur constitué de galactose et de glucose reliés par une liaison β1→4, et la lactase l’hydrolyse en ces deux oses.

📌 Le maltose est un diholoside réducteur de deux glucoses liés en α1→4, tandis que l’isomaltose est un diholoside réducteur de deux glucoses liés en α1→6.

📌 L’amidon est la réserve glucidique des végétaux et comprend l’amylose linéaire et l’amylopectine ramifiée, tandis que le glycogène est la réserve glucidique des animaux.

• Les lipides sont insolubles dans l’eau et solubles dans les solvants organiques tels que l’éther et le chloroforme.

📌 Un acide gras est monoinsaturé s’il possède une double liaison et polyinsaturé à partir de deux doubles liaisons, lesquelles ne sont jamais conjuguées et sont séparées par un groupement CH2.

Compléments

📌 Dans la nomenclature d’une liaison osidique, le premier ose est nommé avec son anomérie et le carbone anomérique impliqué, puis le numéro du carbone de l’autre ose portant l’hydroxyle engagé est indiqué.

• Le carbone anomérique engagé dans une liaison est C1 pour un aldose et C2 pour un cétose.

📌 Les holosides comptant jusqu’à quinze oses sont des oligosides, tandis que ceux qui en comptent plus de quinze sont des polyosides ou polysaccharides.

• L’amylose est une chaîne linéaire de 200 à 300 glucoses liés en α1→4, organisée en hélice dont chaque tour comprend six glucoses.

• L’amylopectine possède des chaînes de glucoses liées en α1→4 et des ramifications α1→6 environ tous les trente glucoses.

📖 8. Propriétés physiques des acides gras

🔑 Notions clés & Définitions

• Point de fusion : Température à laquelle un composé passe de l’état solide à l’état liquide.

★ À maîtriser

• Les principaux acides gras insaturés et leurs écritures sont :

  • Acide palmitoléique : C16:1Δ9 et C16:1ω-7
  • Acide oléique : C18:1Δ9 et C18:1ω-9
  • Acide linoléique : C18:2Δ9,12 et C18:2ω-6
  • Acide linolénique : C18:3Δ9,12,15 et C18:3ω-3
  • Acide arachidonique : C20:4Δ5,8,11,14 et C20:4ω-6
  • Acide EPA : C20:5Δ5,8,11,14,17 et C20:5ω-3
  • Acide cervonique ou DHA : C22:6Δ4,7,10,13,16,19 et C22:6ω-3
  • Acide nervonique : C24:1Δ15 et C24:1ω-9

• Chez la plupart des animaux, les doubles liaisons ne peuvent pas être introduites au-delà de la position Δ9, contrairement aux végétaux.

• L’acide palmitoléique et l’acide oléique peuvent être synthétisés par l’organisme à partir des acides gras saturés correspondants, tandis que l’acide linoléique et l’acide linolénique doivent être apportés par l’alimentation et sont des acides gras essentiels.

• Plus la chaîne carbonée d’un acide gras est longue, plus son point de fusion est élevé ; par exemple, celui de l’acide butyrique à 4 carbones est de -8 °C, contre +63 °C pour l’acide palmitique à 16 carbones.

• Plus un acide gras possède d’insaturations, plus sa température de fusion diminue ; pour les acides gras en C18, elle est de +69 °C pour l’acide stéarique (C18:0), +16 °C pour l’acide oléique (C18:1), -5 °C pour l’acide linoléique (C18:2) et -11 °C pour l’acide linolénique (C18:3).

Compléments

• À partir des acides linoléique et linolénique alimentaires, l’organisme peut synthétiser des acides gras en C20, C22 et C24 grâce aux désaturases, qui forment des doubles liaisons, et aux élongases, qui allongent la chaîne carbonée de deux carbones.

• À température ambiante, les acides gras de moins de dix atomes de carbone sont liquides, tandis que ceux de plus de dix carbones sont solides.

• Les huiles végétales riches en acides gras insaturés sont liquides, tandis que le beurre, riche en acides gras saturés, est solide.

💡 Astuce mémo

Chaîne plus longue → fusion plus élevée ; insaturations plus nombreuses → fusion plus basse.

📖 9. Solubilité et organisation aqueuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide gras amphiphile : Un acide gras est amphiphile car il possède une tête hydrophile correspondant à la fonction carboxylique et une queue hydrophobe correspondant à la chaîne aliphatique.
• Fonction carboxylique : La fonction carboxylique d’un acide gras peut perdre un proton H+ et se comporte donc comme un acide faible, de pKa 4,5 ; au-delà de ce pH, notamment au pH physiologique, elle est sous forme déprotonée COO−.

★ À maîtriser

• Plus la chaîne hydrocarbonée d’un acide gras est longue, plus son caractère hydrophobe l’emporte ; au-delà de quatre à six atomes de carbone, les acides gras ne sont plus solubles dans l’eau.

• L’organisation en bicouche lipidique des molécules amphiphiles constitue la base de la structure des membranes biologiques.

📌 La salification forme des sels alcalins à partir d’acides gras purs, tandis que la saponification forme ces sels à partir de matières grasses naturelles comme les huiles végétales et les graisses animales.

• Les savons sont des tensioactifs qui solubilisent mieux les lipides et abaissent la tension superficielle aux interfaces.

Compléments

• En milieu aqueux, les acides gras orientent leur tête polaire vers l’eau et leur partie non polaire vers l’air ou vers d’autres lipides.

• À concentration lipidique critique dans un milieu, les lipides s’organisent en micelles, dont la formation avec les sels biliaires facilite l’absorption intestinale des lipides.

• En présence de KOH ou de NaOH, les acides gras donnent des savons alcalins fortement ionisés et dissociés dans l’eau ; leurs anions carboxylates sont plus polaires et solubles dans l’eau que les acides gras de départ.

• Les savons ont des propriétés moussantes en emprisonnant l’air dans les micelles, émulsionnantes en y emprisonnant des substances hydrophobes, et mouillantes en augmentant les interactions avec l’eau.

💡 Astuce mémo

Une tête polaire tournée vers l’eau et une queue hydrophobe tournée vers l’air ou les lipides.

📖 10. Réactions de la chaîne carbonée

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie : Technique de séparation des substances d’un mélange fondée sur leurs interactions avec une phase stationnaire et leur entraînement par une phase mobile non miscible à celle-ci.
• Temps de rétention : Temps écoulé entre l’injection de l’échantillon et l’apparition d’un pic de soluté sur le détecteur d’une colonne chromatographique.

★ À maîtriser

• Les principales estérifications des acides gras impliquent : les hydroxyles du glycérol, formant des glycérides, l’alcool du cholestérol, formant du cholestérol estérifié, le thiol du coenzyme A, formant un acyl-CoA

• Les chaînes hydrocarbonées saturées sont peu réactives, tandis que les chaînes insaturées peuvent subir des réactions d’addition et d’oxydation au niveau de leurs doubles liaisons.

• L’addition d’iode aux doubles liaisons permet de déterminer l’indice d’iode, égal à la masse d’iode en grammes fixée par 100 g de lipides ; cet indice est spécifique d’un acide gras et peut servir à évaluer la pureté d’une matière grasse.

• L’oxydation par KMnO4 en milieu alcalin coupe l’acide gras au niveau de chaque double liaison et produit, pour chaque coupure, un acide et un diacide ; l’analyse des produits permet de localiser les doubles liaisons.

• Les acides gras sont généralement séparés et dosés par chromatographie en phase gazeuse couplée principalement à la spectrométrie de masse ; ils sont préalablement méthylés pour devenir volatils.

📌 En chromatographie des acides gras, une chaîne hydrocarbonée plus longue ou un nombre d’insaturations plus élevé entraîne une rétention plus importante par la phase stationnaire et un temps de rétention plus long.

Compléments

• L’hydrogénation ajoute de l’hydrogène aux doubles liaisons des acides gras insaturés et sert dans l’industrie agroalimentaire à fabriquer des margarines à partir d’huiles végétales.

• L’auto-oxydation lente des acides gras par le dioxygène de l’air produit des époxydes pouvant rompre les doubles liaisons et former des acides ou des aldéhydes responsables de la mauvaise odeur des matières grasses ; les UV peuvent faciliter ce mécanisme.

• L’auto-oxydation des huiles insaturées peut être suivie d’une polymérisation qui les durcit à l’air, phénomène appelé siccativité.

• En milieu biologique, l’oxydation des lipides insaturés des membranes produit des dérivés très toxiques, phénomène favorisé notamment par les UVA et les radicaux libres.

📖 11. Acides aminés standards et propriétés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide α-aminé : Composé comportant au moins un groupement amine et un groupement carboxyle, tous deux liés au carbone α, qui porte également une chaîne latérale.
• Amphotère : Composé pouvant se comporter comme un acide en donnant un proton ou comme une base en acceptant un proton ; les acides aminés sont amphotères.
• Point isoélectrique : pH auquel la charge nette de l’acide aminé est nulle et où sa forme zwitterionique est majoritaire.

★ À maîtriser

• Les protides constituent plus de 50 % de la substance sèche des cellules et jouent un rôle prédominant dans leur fonctionnement.

📌 Les acides aminés sont des molécules élémentaires non hydrolysables, tandis que les peptides et les protéines sont des molécules hydrolysables formées par l’enchaînement d’acides aminés.

• Plus de 300 acides aminés ont été inventoriés dans la nature, mais seulement 20 acides aminés standards entrent dans la composition des protéines.

• La glycine est le seul acide aminé standard dont le carbone α n’est pas asymétrique, car sa chaîne latérale est un hydrogène.

• Les acides aminés indispensables sont :

  • Ile
  • Leu
  • Lys
  • Met
  • Phe
  • Thr
  • Trp
  • Val

• Les acides aminés absorbent dans l’ultraviolet à une longueur d’onde inférieure à 230 nm ; les radicaux aromatiques de la phénylalanine, de la tyrosine et surtout du tryptophane absorbent autour de 280 nm.

📌 Lorsque les concentrations de l’accepteur et du donneur de protons sont égales, pH = pKa ; pour la fonction carboxylique, cela correspond à autant de formes COOH que de formes COO−.

• 🔄 Quand le pH augmente, l’acide aminé passe par les formes suivantes :
  1. forme cationique
  2. forme neutre
  3. forme anionique

📐 Formule - Pour un acide aminé sans radical ionisable, le point isoélectrique est $pI = \frac{1}{2}(pKa_1 + pKa_2)$.

📌 Pour un acide aminé, la charge est positive si pH < pHi, nulle si pH = pHi et négative si pH > pHi.

• La décarboxylation élimine sous forme de CO2 le groupement COOH porté par le carbone α et produit une amine.

• La ninhydrine forme un produit violet avec les acides aminés, sauf avec la proline, avec laquelle le produit est jaune.

Compléments

• Les acides aminés standards sont désignés par un nom usuel, une abréviation à trois lettres dont la première est majuscule, et un symbole à une lettre.

📖 12. Peptides et détermination des séquences

🔑 Notions clés & Définitions

• Peptide : Polymère d’acides aminés comportant moins de 50 résidus.
• Protéine : Polymère d’acides aminés comportant plus de 50 résidus.
• Acide aminé N-terminal : Premier résidu d’un peptide en cours de synthèse, qui possède une fonction amine libre.
• Acide aminé C-terminal : Dernier résidu de la chaîne peptidique, qui possède une fonction carboxylique libre.

★ À maîtriser

• La liaison peptidique se forme par condensation entre la fonction carboxylique d’un acide aminé et la fonction amine d’un autre, créant une liaison amide entre les carbones α et libérant une molécule d’eau.

• La synthèse des peptides et des protéines se déroule dans le cytoplasme grâce aux ribosomes et aux ARN de transfert, qui décryptent l’ARN messager, et nécessite de l’énergie.

• La détermination de la structure d’un peptide nécessite de déterminer sa composition en acides aminés, puis l’ordre d’enchaînement des résidus.

📌 Les exopeptidases coupent les liaisons peptidiques aux extrémités et libèrent des acides aminés terminaux, tandis que les endopeptidases coupent les liaisons au sein du peptide.

• Dans la méthode d’Edman, le PITC réagit avec l’acide aminé N-terminal à pH 9, un changement vers un pH légèrement acide provoque la cyclisation et libère un dérivé PTH-aminoacide ainsi qu’un peptide amputé de son résidu N-terminal, puis le cycle est répété.

Compléments

• La délocalisation des électrons de la liaison peptidique vers la liaison carbone-azote crée une mésomérie, des charges partielles et une rigidité de la chaîne peptidique.

📌 Pour nommer un peptide, on ajoute le suffixe -yl au nom de chaque acide aminé sauf au C-terminal ; sa séquence peut aussi être écrite avec les abréviations à trois lettres ou les codes à une lettre.

• L’hydrolyse chimique d’un peptide utilise de l’acide chlorhydrique et une ébullition d’au moins 24 heures ; elle détruit le tryptophane et transforme la glutamine en acide glutamique et l’asparagine en acide aspartique, avec libération d’ammoniac.

• La dansylation marque la fonction amine primaire libre du peptide ; l’hydrolyse acide libère ensuite l’acide aminé N-terminal dansylé, isolable par chromatographie, mais détruit toutes les liaisons peptidiques et ne permet donc pas de déterminer la séquence complète.

• Le séquençage par la méthode d’Edman est techniquement limité aux séquences de moins de 200 acides aminés.

💡 Astuce mémo

Edman : PITC, cyclisation, libération du PTH, puis cycle suivant.

📖 13. Organisation des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : Ordre d’enchaînement des acides aminés de la chaîne peptidique.
• Structure secondaire : Repliement local de la chaîne peptidique en hélices, feuillets ou coudes, stabilisé par des liaisons hydrogène entre les groupements C=O et N-H du squelette.
• Structure tertiaire : Agencement tridimensionnel des motifs secondaires, déterminé par les interactions entre chaînes latérales et avec les molécules du milieu.
• Structure quaternaire : Agencement de plusieurs sous-unités protéiques, présent uniquement dans les protéines composées de plusieurs sous-unités.
• Domaine protéique : Région distincte d’une structure tertiaire associée à une fonction particulière.

★ À maîtriser

• La structure primaire est la seule structure codée génétiquement et elle détermine les trois autres niveaux structuraux.

• L’hélice α comporte 3,6 résidus par tour et une liaison hydrogène relie le C=O du résidu n au N-H du résidu n + 4 dans la direction C-terminale.

📌 Dans un feuillet β, les segments peuvent être parallèles s’ils sont orientés dans le même sens ou antiparallèles s’ils sont orientés en sens inverse ; ils sont reliés par des liaisons hydrogène entre les groupements C=O et N-H.

• Les chaînes latérales hydrophobes se placent à l’intérieur des protéines en milieu aqueux, tandis que les groupements hydrophiles se placent en périphérie ; la disposition inverse s’établit en milieu hydrophobe, comme à l’intérieur des membranes biologiques.

• L’hémoglobine est un tétramère composé de deux chaînes α de 141 résidus et de deux chaînes β de 146 résidus ; ses protomères sont liés par des liaisons faibles.

• Les immunoglobulines ont une forme en Y et sont constituées de deux chaînes légères identiques d’environ 220 résidus et de deux chaînes lourdes identiques comportant environ deux fois plus de résidus.

• Les sites de reconnaissance des antigènes se trouvent aux extrémités des deux branches des immunoglobulines et associent des séquences des domaines N-terminaux des chaînes lourdes et légères.

Compléments

• La conformation trans de la liaison peptidique est généralement plus stable que la conformation cis, car elle éloigne les chaînes latérales les unes des autres.

• Un coude β implique quatre acides aminés, permet à la chaîne de repartir dans une autre direction et comporte une liaison hydrogène entre le C=O du premier résidu et le N-H du quatrième.

• La structure tertiaire de certaines protéines est stabilisée par des ponts disulfure covalents formés entre les groupements SH de deux cystéines.

• Les sous-unités de protéines à structure quaternaire sont aussi appelées protomères et leur association est le plus souvent assurée par des liaisons faibles.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire : de la séquence à l’assemblage.

📖 14. Fonctions et classification des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Antigène : Macromolécule étrangère à l’organisme qui stimule la production d’un anticorps capable de la reconnaître spécifiquement.

★ À maîtriser

📌 Les holoprotéines donnent uniquement des acides aminés par hydrolyse, tandis que les hétéroprotéines donnent des acides aminés et un groupement prosthétique non protidique.

📌 Les protéines fibreuses sont allongées, peu solubles et résistantes, et jouent un rôle structural, tandis que les protéines globulaires sont compactes, solubles et fragiles, et ont une fonction biologique active.

• L’hémoglobine est une chromoprotéine tétramérique des hématies qui transporte les gaz entre les tissus et les poumons, tandis que la myoglobine est monomérique.

• Les immunoglobulines, également appelées anticorps, sont une importante catégorie de protéines plasmatiques impliquées dans la défense immunitaire.

Compléments

• Des exemples de protéines structurales fibreuses sont :

  • la soie
  • la kératine
  • le collagène

• La myosine et l’actine sont des protéines impliquées dans la contraction musculaire.

• Le cytochrome c transporte des électrons dans la chaîne respiratoire mitochondriale.

• Les canaux ioniques sont des protéines intramembranaires qui transportent certains métabolites cellulaires.

• Les enzymes sont des catalyseurs biologiques.

📖 15. Étude et détection des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Dénaturation : Perte d’activité et de certaines propriétés d’une protéine lorsque les liaisons de faible énergie qui maintiennent ses structures secondaire, tertiaire et quaternaire sont rompues.

★ À maîtriser

• Les protéines fibrillaires sont généralement peu solubles dans l’eau, tandis que les protéines globulaires sont solubles.

• Les principaux agents dénaturants des protéines sont :

  • la chaleur
  • les acides et les bases
  • les solvants organiques
  • l’urée
  • les agents réducteurs ou oxydants
  • les rayons UV
  • les ultrasons

• Au point isoélectrique, une protéine a une charge nulle ; elle est globalement positive à un pH inférieur au pI et négative à un pH supérieur au pI.

• L’électrophorèse sépare des molécules chargées soumises à un champ électrique dans une phase liquide imprégnant un support poreux ou un milieu gélifié.

• En SDS-PAGE, le β-mercaptoéthanol, le chauffage et le SDS dénaturent les protéines ; le SDS leur confère une même charge négative, de sorte que leur migration dépend de leur taille dans le gel de polyacrylamide réticulé.

• Le réactif du biuret forme en milieu alcalin un complexe cuivrique violet rose avec les protéines ; les acides aminés et les dipeptides ne se colorent pas, car la réaction nécessite deux liaisons peptidiques.

Compléments

• La solubilité d’une protéine est minimale au voisinage de son point isoélectrique (pI).

• La dénaturation des protéines entraîne souvent leur précipitation et peut être réversible ou irréversible.

• Les protéines absorbent dans l’UV autour de 190 nm à cause des liaisons peptidiques et à 280 nm si elles contiennent des acides aminés aromatiques, notamment du tryptophane.

• Les protéines possèdent des groupements ionisables aux extrémités N- et C-terminales et dans les radicaux de Glu, Asp, His, Lys et Arg, ce qui leur confère un caractère amphotère.

• En électrophorèse, les protéines migrent sous l’effet d’un courant, puis sont fixées par précipitation et colorées.

• En électrophorèse, la séparation peut dépendre du point isoélectrique et/ou du poids moléculaire, exprimé en daltons (Da) ou kilodaltons (kDa), et une charge plus élevée ainsi qu’un pH plus éloigné du pI favorisent une migration plus longue.

• 🔄 La réaction xanthoprotéique suit ces étapes : HNO3 forme un précipité blanc avec les protéines, une minute d’ébullition rend le précipité jaune et le dissout en solution jaune, après refroidissement, NaOH alcalinise la solution et la coloration devient orangée

📖 16. Hétéroprotéines et groupements prosthétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Hétéroprotéine : Protéine qui contient une fraction non protéique appelée groupement prosthétique.
• Hème : Complexe ferreux de la protoporphyrine dans lequel un atome de fer remplace deux atomes centraux d’hydrogène et se lie à quatre atomes d’azote.

★ À maîtriser

• Les chromoprotéines contiennent des substances colorées ; elles comprennent l’hémoglobine et des enzymes ou transporteurs d’électrons tels que les cytochromes, les peroxydases et les catalases.

• L’hémoglobine est constituée de quatre sous-unités de globine liées par des liaisons faibles, chacune associée de façon non covalente à un groupement hème.

• Chaque atome de fer de l’hème peut lier une molécule de dioxygène, si bien qu’une molécule d’hémoglobine peut transporter quatre molécules de dioxygène.

Compléments

• Les glycoprotéines contiennent des oligosaccharides et se trouvent notamment dans les membranes biologiques et les produits de sécrétion tels que le mucus, les enzymes digestives et les anticorps.

• Les nucléoprotéines contiennent des acides nucléiques et se trouvent notamment dans la chromatine, les ribosomes et les virus.

• Les lipoprotéines contiennent des lipides et se trouvent notamment dans les membranes biologiques et le sérum sanguin.

• La dénaturation de l’hémoglobine empêche l’hème de se fixer à la sous-unité de globine et compromet ainsi le transport de l’oxygène.

• Les cytochromes sont des pigments présents dans toutes les cellules à respiration aérobie et comportent une fraction protéique spécifique ainsi qu’un groupement prosthétique associant du fer et une porphyrine.

• Les cytochromes sont fixés à la membrane interne des mitochondries, où ils transportent des électrons.

📖 17. Nucléotides et structures nucléiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Nucléotide : Résulte de l’estérification d’un nucléoside par l’acide phosphorique ; le nucléoside est formé par condensation d’un pentose avec une base azotée.

★ À maîtriser

• Les bases azotées sont l’adénine, la guanine, la cytosine, la thymine et l’uracile ; l’adénine et la guanine sont puriques, tandis que la cytosine, la thymine et l’uracile sont pyrimidiques.

• L’ADN contient l’adénine, la guanine, la cytosine et la thymine, tandis que l’ARN contient l’adénine, la guanine, la cytosine et l’uracile.

• Le pentose de l’ARN est le β-D-ribofuranose, tandis que celui de l’ADN est le 2-désoxy-β-D-ribofuranose, dépourvu de fonction hydroxyle sur le carbone 2.

• Les acides nucléiques sont des polynucléotides dont les nucléotides sont reliés par des liaisons phosphodiesters 3′-5′ entre le hydroxyle C3′ d’un nucléotide et le phosphate du suivant.

• Une chaîne d’acide nucléique possède une extrémité 5′-phosphate et une extrémité 3′-OH, et sa séquence de bases porte l’information génétique.

• En 1953, Watson et Crick découvrent la structure en double hélice de l’ADN ; les deux brins sont complémentaires et antiparallèles.

• Dans l’ADN, l’adénine s’apparie avec la thymine par deux liaisons hydrogène, et la cytosine avec la guanine par trois liaisons hydrogène.

• 🔄 La condensation de l’ADN eucaryote progresse ainsi : l’ADN s’enroule autour de huit histones pour former un nucléosome, les nucléosomes s’empilent en fibre de 30 nm, durant la mitose, la fibre se condense en boucles autour d’un squelette protéique

• L’ARN est monocaténaire, mais l’appariement de séquences complémentaires au sein du même brin peut former des structures secondaires en épingle à cheveux, comprenant une zone appariée et une boucle.

Compléments

• La xanthine et l’hypoxanthine sont des dérivés puriques ; l’hypoxanthine peut être présente en faible quantité dans les acides nucléiques, notamment dans l’anticodon des ARNt.

• Les nucléotides contiennent de un à trois groupements phosphates.

• La liaison N-osidique β d’un nucléoside unit le carbone anomérique C1′ du pentose à l’azote N1 d’une base pyrimidique ou N9 d’une base purique.

• Les nucléosides puriques prennent le suffixe « osine » et les nucléosides pyrimidiques le suffixe « idine » ; le préfixe « désoxy » indique un désoxyribonucléoside.

• Les nucléosides présents dans les acides nucléiques sont estérifiés en position 5′ ; une phosphorylation en deux positions du pentose peut former un nucléoside monophosphate cyclique.

• Les coenzymes dérivés des nucléotides se répartissent en coenzymes d’oxydoréduction, dont le NAD et le FAD, et en coenzymes de transfert de groupements chimiques, dont le coenzyme A.

📖 18. Élongation des brins d’ADN

★ À maîtriser

• 🔄 L’initiation se déroule ainsi :
  1. La primase se fixe sur l’hélicase pour former le primosome.
  2. La primase synthétise une courte amorce d’ARN.
  3. L’ADN polymérase se fixe sur l’amorce et synthétise le brin complémentaire dans le sens 5’ vers 3’.

📌 Le brin précoce est synthétisé de façon continue dans le sens 5’ vers 3’, à mesure que la double hélice s’ouvre.

• Le brin retardé est synthétisé de façon discontinue, en sens inverse de l’ouverture de la double hélice, au moyen d’amorces d’ARN répétées qui permettent la formation de fragments d’Okazaki.

• Sur le brin retardé, les amorces d’ARN sont éliminées et remplacées par des nucléotides d’ADN par l’ADN polymérase, puis une ligase relie les fragments d’Okazaki.

• Chez les eucaryotes, les fourches de réplication s’arrêtent lorsqu’elles rencontrent une autre fourche ou atteignent l’extrémité d’un chromosome.

Compléments

• Les protéines SSB stabilisent l’ADN sous forme simple brin.

• L’initiation est terminée après l’incorporation de quelques désoxyribonucléotides.

• Chez les eucaryotes, la télomérase ajoute quelques nucléotides à l’extrémité 3′ du brin parental servant de matrice au brin retardé afin de limiter le raccourcissement des chromosomes à chaque réplication.

💡 Astuce mémo

Brin précoce continu, brin retardé fragmenté.

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux structuraux des protéines

Comparaison entre ADN et ARN