Fiche de révision : Acides aminés et structure primaire

📋 Plan du Cours

1. Définition et acides aminés essentiels
2. Rôles biologiques des acides aminés
3. Structure générale et classifications
4. Propriétés physico-chimiques des acides aminés
5. Réactions des chaînes latérales
6. Peptides et liaison peptidique
7. pHi des peptides et protéines
8. Exemples et maturation de l’insuline

📖 1. Définition et acides aminés essentiels

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé essentiel : Acide aminé que l’être humain doit obligatoirement obtenir par l’alimentation, car il ne peut pas le synthétiser.

★ À maîtriser

• Il existe plus de 300 acides aminés, mais seuls 20 sont constitutifs des protéines et servent de monomères à leur structure primaire.

• Les huit acides aminés essentiels cités sont :

  • la leucine (Leu)
  • la thréonine (Thr)
  • la lysine (Lys)
  • le tryptophane (Trp)
  • la phénylalanine (Phe)
  • la valine (Val)
  • la méthionine (Met)
  • l’isoleucine (Ile)

Compléments

• Les protéines constituent plus de 50 % du poids sec des tissus animaux.

• L’arginine et l’histidine sont semi-essentielles chez le nourrisson, car leur synthèse endogène y est insuffisante.

📖 2. Rôles biologiques des acides aminés

★ À maîtriser

• L’enchaînement linéaire des acides aminés constitutifs détermine la structure tridimensionnelle et participe à la fonction biologique des protéines.

• Le glutamate et la glutamine participent au transport de l’azote dans les cellules, tandis que l’ornithine et la citrulline participent à son élimination sous forme d’urée.

• Le catabolisme des acides aminés alimente le cycle de Krebs, mais leur contribution couvre moins de 15 % de la production énergétique totale.

Compléments

• Les acides aminés fournissent de l’azote à la synthèse de l’hème (glycine), des nucléotides pyrimidiques (aspartate et glutamine) et des nucléotides puriques (aspartate, glutamine et glycine).

• La décarboxylation et l’hydroxylation de la tyrosine forment la dopamine, et le déficit en dopamine est associé à la maladie de Parkinson.

• Le glutamate et l’acide γ-aminobutyrique (GABA) sont des acides aminés libres ayant une activité de neurotransmetteur.

💡 Astuce mémo

Catabolisme des AA → énergie, mais contribution inférieure à 15 %.

📖 3. Structure générale et classifications

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide α-aminé : Acide aminé possédant un carbone α central portant une fonction amine, un hydrogène, une fonction carboxylique et une chaîne latérale R qui distingue les acides aminés.

★ À maîtriser

• La classification chimique distingue quatre acides aminés cycliques — proline, phénylalanine, tyrosine et tryptophane — et seize acides aminés à chaîne latérale aliphatique non cyclique.

• Selon la polarité de leur chaîne latérale, les acides aminés sont apolaires, polaires non chargés ou polaires chargés ; les apolaires interagissent par interactions hydrophobes, les non chargés par liaisons hydrogène, et les chargés par interactions ioniques et liaisons hydrogène.

Compléments

📌 La proline est l’exception parmi les acides aminés constitutifs, car sa fonction amine est secondaire et sa chaîne latérale se cyclise sur l’azote lié au carbone α.

• La masse moléculaire moyenne des acides α-aminés est de 110 Da et varie selon la chaîne latérale.

• Par convention, le carbone carboxylique le plus oxydé est C1 et le carbone α est C2.

💡 Astuce mémo

La structure chimique classe les chaînes R ; la polarité classe leurs interactions.

📖 4. Propriétés physico-chimiques des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• pK : pH de demi-dissociation d’un groupement ionisable, auquel 50 % du groupement est dissocié.
• Point isoélectrique : pH auquel un acide aminé possède une charge nette nulle sous forme zwitterionique.
• Zwitterion : Composé globalement neutre qui possède autant de charges positives que négatives.

★ À maîtriser

• La solubilité aqueuse des acides aminés dépend de leur chaîne latérale et de leur état ionique ; elle est minimale au point isoélectrique et généralement plus faible pour les chaînes hydrophobes.

• Tous les acides aminés sauf la glycine possèdent un carbone α asymétrique et peuvent exister en énantiomères L et D ; les acides aminés naturels sont de série L, tandis que certains peptides bactériens et antibiotiques contiennent des acides aminés D.

📐 Formule - Pour les 15 acides aminés sans chaîne latérale ionisable, $pHi = \frac{1}{2}(pKa+pKb)$ ; pour les deux acides aminés acides, $pHi = \frac{1}{2}(pKa+pKR)$ ; pour les trois acides aminés basiques, $pHi = \frac{1}{2}(pKb+pKR)$.

Compléments

• La tyrosine, le tryptophane et la phénylalanine absorbent dans l’UV ; la phénylalanine absorbe vers 260 nm, tandis que la tyrosine et le tryptophane absorbent vers 280 nm.

• Pour les fonctions liées au carbone α, le pKa est voisin de 2 et le pKb voisin de 9,5 ; à chacun de ces pH, les formes protonée et déprotonée correspondantes sont présentes à parts égales.

💡 Astuce mémo

pH < pHi : charge positive ; pH > pHi : charge négative.

📖 5. Réactions des chaînes latérales

🔑 Notions clés & Définitions

• Pont disulfure : Liaison covalente entre les groupes thiol de deux cystéines, formant une cystine et stabilisant la structure tertiaire des protéines.

★ À maîtriser

• La phosphorylation concerne la sérine, la thréonine et la tyrosine ; les kinases ajoutent un phosphate et les phosphatases le clivent lors de la déphosphorylation.

Compléments

• La phosphorylation peut activer certaines protéines sous forme phosphorylée et d’autres sous forme déphosphorylée.

• La N-glycosylation fixe enzymatiquement des sucres sur l’azote de la fonction amide de l’asparagine.

• L’O-glycosylation fixe enzymatiquement des sucres sur l’oxygène de la fonction alcool de la sérine ou de la thréonine, permettant la formation de glycoprotéines.

📖 6. Peptides et liaison peptidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : Enchaînement linéaire des acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, qui détermine les structures secondaires.

• Liaison peptidique : Liaison amide covalente formée par condensation entre le carboxyle de l’acide aminé n et le groupe α-aminé de l’acide aminé n+1, avec élimination d’une molécule d’eau.

★ À maîtriser

• Par convention, la séquence d’un peptide ou d’une protéine se lit de l’extrémité N-terminale, portant la fonction amine libre, vers l’extrémité C-terminale, portant la fonction acide libre.

• La résonance confère à la liaison peptidique un caractère partiel de double liaison ; elle est plane, rigide et polaire mais non chargée.

Compléments

• La limite de longueur entre peptide et protéine est mal définie : le cours retient parfois 100 acides aminés, parfois 50 selon les auteurs ; il qualifie de peptide une chaîne de 100 acides aminés ou moins et de protéine une chaîne de plus de 100.

• Un oligopeptide contient de 2 à 10 acides aminés ; deux forment un dipeptide, trois un tripeptide, et dix un décapeptide, tandis qu’une chaîne de plus de 10 acides aminés est un polypeptide.

📌 Dans la configuration cis, les chaînes latérales des deux carbones α sont du même côté de la liaison peptidique ; dans la configuration trans, elles sont de part et d’autre, et cette dernière est la plus stable dans les protéines car elle limite l’encombrement stérique.

💡 Astuce mémo

Séquence orientée de N-terminal vers C-terminal.

📖 7. pHi des peptides et protéines

📝 Points essentiels

• Le pHi d’une protéine n’est pas la moyenne des pHi de ses acides aminés, car les fonctions α-aminées et α-carboxyliques sont engagées dans les liaisons peptidiques, sauf aux extrémités, et les pKR peuvent différer entre acides aminés libres et liés.

📖 8. Exemples et maturation de l’insuline

★ À maîtriser

• La vasopressine est une hormone antidiurétique qui augmente la pression artérielle, l’ocytocine favorise la contraction du muscle utérin lors de l’accouchement et l’insuline est une hormone hypoglycémiante.

• La maturation de l’insuline commence par la sécrétion de pré-proinsuline inactive par les cellules β du pancréas, puis le peptide signal est retiré, des ponts disulfure se forment entre cystéines et le peptide C est éliminé pour produire l’insuline active à deux chaînes A et B reliées par des ponts disulfure.

Compléments

• Le BNP est une hormone utilisée comme marqueur de l’insuffisance cardiaque et sa structure est stabilisée par un pont disulfure entre deux cystéines éloignées dans la structure primaire.

• L’hepcidine est une hormone impliquée dans le métabolisme du fer et sa structure comporte quatre ponts disulfure.

💡 Astuce mémo

Pré-proinsuline → retrait du signal → ponts disulfure → retrait du peptide C.