Fiche de révision : Acides aminés et protéines

📋 Plan du Cours

1. Structure et classification des acides aminés
2. Ionisation et propriétés des acides aminés
3. Réactivité biochimique des acides aminés
4. Organisation et fonctions des protéines
5. Liaison peptidique et structure primaire
6. Structures secondaires des protéines
7. Repliement tertiaire et domaines
8. Structures quaternaires et protéines membranaires
9. Stabilité et dénaturation des protéines
10. Myoglobine et hémoglobine
11. Méthodes d’étude des protéines
12. Allostérie et pathologies de l’hémoglobine

📖 1. Structure et classification des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide α-aminé : Possède une fonction amine, une fonction carboxylique et un radical R portés par le même carbone α.

★ À maîtriser

• Les 20 acides aminés naturels constituent les éléments de construction des protéines.

📌 Les acides aminés apolaires sont hydrophobes, tandis que les acides aminés polaires forment des interactions avec l’eau et peuvent être ionisables ou non ionisables.

Compléments

• Les acides aminés essentiels ne peuvent pas être synthétisés par l’être humain et doivent être apportés par l’alimentation.

💡 Astuce mémo

Chaînes apolaires hydrophobes versus chaînes polaires hydrophiles

📖 2. Ionisation et propriétés des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Point isoélectrique : Le pH pour lequel la charge globale d’une molécule est nulle.

★ À maîtriser

📌 À pH inférieur au pI, un acide aminé est majoritairement sous forme cationique, tandis qu’à pH supérieur au pI il est majoritairement sous forme anionique.

• Les acides aminés aromatiques Phe, Trp et Tyr absorbent fortement les ultraviolets vers 260–280 nm.

Compléments

• Les acides aspartique et glutamique ont un pI proche de 3.

💡 Astuce mémo

pH acide : cation → pHi : zwitterion → pH basique : anion

📖 3. Réactivité biochimique des acides aminés

★ À maîtriser

• La désamination libère l’azote d’un acide aminé sous forme d’ammoniac, puis une déshydrogénase transforme le glutamate en α-cétoglutarate.

• La transamination transfère le groupe NH2 d’un acide aminé à un α-cétoacide qui devient l’acide aminé correspondant, avec du phosphate de pyridoxal et une transaminase.

Compléments

• La transamination de l’alanine suit la réaction $c\text{alanine} + calpha\text{-cétoglutarate} crightleftharpoons ctext{pyruvate} + ctext{glutamate}$.

• La phosphorylation peut modifier les résidus sérine, thréonine et tyrosine, tandis que l’acétylation concerne notamment les groupes NH2 de la lysine.

💡 Astuce mémo

Décarboxylation, amidation, liaison peptidique, désamination, transamination

📖 4. Organisation et fonctions des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Unit le groupe carboxyle α d’un acide aminé au groupe amine α d’un autre acide aminé.

★ À maîtriser

📌 Une holoprotéine est constituée uniquement d’acides aminés, tandis qu’une hétéroprotéine associe une partie protéique à un groupement prosthétique non protéique.

• Les protéines assurent des fonctions de catalyse, transport, structure, contraction, reconnaissance, stockage et régulation de la croissance ou de la différenciation cellulaire.

Compléments

• Les principales hétéroprotéines sont:
  • Glycoprotéines
  • Lipoprotéines
  • Phosphoprotéines
  • Chromoprotéines
  • Nucléoprotéines
  • Métalloprotéines

💡 Astuce mémo

Holoprotéine sans groupement prosthétique, hétéroprotéine avec groupement prosthétique

📖 5. Liaison peptidique et structure primaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : La séquence linéaire des acides aminés d’une chaîne polypeptidique, orientée de l’extrémité N-terminale vers l’extrémité C-terminale.

★ À maîtriser

• La liaison peptidique est plane et adopte généralement une configuration trans, plus favorable en raison d’un encombrement stérique minimal.

Compléments

• Une unité peptidique comprend les six atomes Cα–C–O–N–H–Cα coplanaires.

• Les angles de torsion φ et ψ correspondent respectivement aux rotations autour des liaisons Cα–N et Cα–C.

💡 Astuce mémo

Un squelette peptidique répétitif portant des chaînes latérales variables

📖 6. Structures secondaires des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Hélice alpha : Une structure secondaire stabilisée par des liaisons hydrogène entre le groupe CO d’un résidu i et le groupe NH du résidu i+4.

★ À maîtriser

• Une hélice α droite possède environ 3,6 résidus par tour et un pas de 5,4 Å, avec les chaînes latérales orientées vers l’extérieur.

📌 Les brins β sont presque étirés et s’associent en feuillets β parallèles ou antiparallèles selon l’orientation de leurs extrémités.

Compléments

• Les coudes de 2 à 4 acides aminés relient généralement deux brins β antiparallèles, tandis que les boucles de plus de 4 acides aminés relient des hélices ou des brins différents.

💡 Astuce mémo

Hélice α enroulée versus feuillet β étiré, parallèle ou antiparallèle

📖 7. Repliement tertiaire et domaines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure tertiaire : Le repliement tridimensionnel d’une chaîne polypeptidique et aux relations spatiales entre acides aminés non contigus dans la séquence.
• Domaine fonctionnel : Une unité de repliement de structure tertiaire pouvant constituer un module spécialisé de fixation d’un ligand ou d’un substrat.

📝 Points essentiels

📌 Dans une protéine globulaire en milieu aqueux, les résidus hydrophobes se concentrent au cœur tandis que les résidus polaires hydrophiles se trouvent majoritairement à la surface.

• Les interactions stabilisatrices comprennent:
  • Liaisons ioniques ou électrostatiques
  • Liaisons hydrogène
  • Interactions hydrophobes
  • Ponts disulfure

💡 Astuce mémo

Enfouissement des groupes hydrophobes → cœur hydrophobe et surface hydrophile

📖 8. Structures quaternaires et protéines membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure quaternaire : L’association de plusieurs sous-unités protéiques par des interactions non covalentes et éventuellement des ponts disulfure.

★ À maîtriser

📌 Les protéines fibreuses ont principalement un rôle structural, les protéines globulaires possèdent une structure compacte et les protéines membranaires contiennent des régions insolubles dans l’eau.

• L’hémoglobine humaine est un tétramère constitué de deux chaînes α et de deux chaînes β.

Compléments

• Une hélice α transmembranaire contient environ 20 acides aminés principalement apolaires et hydrophobes dans la bicouche lipidique.

💡 Astuce mémo

Des sous-unités assemblées comme un complexe fonctionnel, avec des segments hydrophobes dans la membrane

📖 9. Stabilité et dénaturation des protéines

★ À maîtriser

📌 La dénaturation réversible peut être provoquée par l’urée à 8 M, le chlorure de guanidinium ou le β-mercaptoéthanol, tandis que la chaleur, les UV, les acides, les bases, les solvants organiques et le SDS peuvent provoquer une dénaturation irréversible.

• Le SDS-PAGE dénature les protéines avec le SDS, les charge négativement, puis les sépare dans un gel de polyacrylamide selon leur taille.

Compléments

• Le bleu de Coomassie se fixe notamment aux acides aminés basiques arginine, lysine et histidine pour révéler les protéines dans un gel.

💡 Astuce mémo

Dénaturation réversible par agents chimiques versus irréversible par chaleur ou solvants

📖 10. Myoglobine et hémoglobine

🔑 Notions clés & Définitions

• Myoglobine : Une hétéroprotéine globulaire monomérique de 153 acides aminés qui stocke l’oxygène dans les muscles grâce à un groupement hème.
• P50 : La pression partielle d’oxygène pour laquelle 50 % des sites de fixation sont occupés.

📝 Points essentiels

📌 Seul le fer ferreux Fe2+ de l’hème peut fixer réversiblement O2, tandis que le fer ferrique Fe3+ fixe une molécule d’eau et ne permet plus la fixation de O2.

• La myoglobine possède une seule chaîne et fixe une molécule d’O2, tandis que l’hémoglobine possède quatre chaînes et peut fixer quatre molécules d’O2.

• La P50 est d’environ 3 pour la myoglobine et 26 pour l’hémoglobine, ce qui traduit une affinité plus forte de la myoglobine pour O2.

💡 Astuce mémo

Myoglobine : stockage monomérique ; hémoglobine : transport tétramérique et coopératif

📖 11. Méthodes d’étude des protéines

★ À maîtriser

• Le Western blot sépare les protéines par électrophorèse, fixe un anticorps primaire sur la protéine d’intérêt, puis révèle cet anticorps avec un anticorps secondaire détectable.

Compléments

• La cristallographie aux rayons X produit un cliché de diffraction, une densité électronique puis un modèle moléculaire tridimensionnel.

• La cryo-microscopie électronique enregistre des images 2D d’échantillons congelés puis permet une reconstruction 3D du modèle moléculaire.

💡 Astuce mémo

Séparer → colorer ou détecter → reconstruire la structure

📖 12. Allostérie et pathologies de l’hémoglobine

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet Bohr : La diminution de l’affinité de l’hémoglobine pour O2 lorsque le pH diminue ou que la concentration en CO2 augmente, ce qui favorise la libération d’O2 dans les tissus.

★ À maîtriser

📌 L’hémoglobine alterne entre les conformations T de faible affinité et R de forte affinité pour O2, et la fixation d’un O2 favorise la transition T vers R.

• Le monoxyde de carbone a une affinité pour l’hémoglobine environ 20 fois supérieure à celle de O2 et forme de la carboxyhémoglobine.

• La drépanocytose résulte d’une mutation ponctuelle du sixième codon de la chaîne β, où la valine remplace le glutamate dans l’hémoglobine S.

Compléments

• La désoxyhémoglobine S polymérise par des interactions hydrophobes entre valines et forme des fibres qui obstruent les capillaires.

💡 Astuce mémo

Mutation ou effecteur allostérique → changement d’affinité ou polymérisation

📊 Tableaux de synthèse

Myoglobine et hémoglobine

Structures protéiques