Fiche de révision : Acides aminés et structures protéiques

📋 Plan du Cours

1. Acides aminés polaires non chargés
2. Sérine et fonctions hydroxylées
3. Acides aminés non polaires
4. Interactions hydrophobes et solubilité
5. Ionisation des acides aminés
6. pH isoélectrique et aspartate
7. Réactivité des groupements thiols
8. Peptides et liaison peptidique
9. Structures secondaires des protéines
10. Structure tertiaire et repliement
11. Structure quaternaire des protéines

📖 1. Acides aminés polaires non chargés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides aminés polaires non chargés : Possèdent des chaînes latérales contenant des hétéroatomes électronégatifs, notamment O, N ou S, capables de polariser des liaisons et de former des interactions dipôle-dipôle, ion-dipôle et des liaisons hydrogène.
• Liaison hydrogène : Une interaction électrostatique faible entre un hétéroatome électronégatif portant au moins un doublet non liant et un hydrogène lié à un autre atome électronégatif par une liaison polarisée.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Tout composé capable de former des liaisons hydrogène avec l’eau est hydrosoluble et hydrophile.

Compléments

• Les acides aminés polaires cités sont l’asparagine, la thréonine, la glutamine, la tyrosine, la sérine et la cystéine.

💡 Astuce mémo

Hétéroatomes → polarité → hydrophilie

📖 2. Sérine et fonctions hydroxylées

🔑 Notions clés & Définitions

• Sérine : L’homologue hydroxylé de l’alanine, représente 4 % des acides aminés et possède une fonction alcool primaire en β sous la forme CH2-OH.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

🔄 Processus — La sérine et la thréonine peuvent être phosphorylées par des phosphorylases ou des protéines kinases, ce qui forme un ester phosphorique et peut inhiber ou activer une protéine.

Compléments

• La sérine, la tyrosine et l’histidine sont fréquemment présentes dans les sites actifs enzymatiques.

• Lorsque l’ADN est altéré, la protéine p53 se tétramérise, augmente l’expression de gènes impliqués dans la réparation de l’ADN et la survie cellulaire, et est activée par phosphorylation de résidus sérine, thréonine et tyrosine situés dans son extrémité amino-terminale.

💡 Astuce mémo

Ser-Thr-Tyr : hydroxyle et phosphorylation

📖 3. Acides aminés non polaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides aminés non polaires : Possèdent des chaînes latérales constituées presque exclusivement de carbone et d’hydrogène, qui ne forment pas de liaisons hydrogène avec l’eau et sont hydrophobes.
• Valine : Possède un radical saturé et ramifié de type isopropyle contenant trois carbones, est apolaire et hydrophobe, représente 5 % des acides aminés et est un acide aminé essentiel.

📝 Points essentiels

• Les acides aminés non polaires cités sont l’alanine, l’isoleucine, la glycine, la proline, la valine, la phénylalanine et la leucine.

📌 Les interactions hydrophobes contribuent à la structure tertiaire et quaternaire des protéines en regroupant les territoires apolaires.

💡 Astuce mémo

La fée Iso et Glycine Avaleu de la Praline

📖 4. Interactions hydrophobes et solubilité

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

🔄 Processus — Les interactions de London résultent de dipôles instantanés qui polarisent les molécules voisines et constituent la base des interactions entre espèces apolaires et des interactions hydrophobes.

Compléments

• Dans la ribonucléase, les interactions hydrophobes sont principalement localisées à l’intérieur de l’édifice moléculaire, tandis que les acides aminés hydrophiles se trouvent plutôt à l’extérieur.

📌 La phénylalanine est apolaire, tandis que l’ajout d’un groupement hydroxyle à son noyau benzénique transforme la tyrosine en acide aminé amphipathique.

💡 Astuce mémo

Les apolaires se regroupent à l’intérieur

📖 5. Ionisation des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Amphotérie : Les acides aminés sont amphotères car ils possèdent au moins un groupement carboxyle et un groupement aminé ionisables et peuvent se comporter comme des acides ou des bases.
• Zwitterion : La forme dipolaire d’un acide aminé, portant simultanément un groupement carboxylate négatif et un groupement ammonium positif, avec une charge globale nulle.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

🔄 Processus — À pH acide inférieur à 2, l’acide aminé est majoritairement cationique avec un carboxyle non dissocié et une amine protonée, tandis qu’à pH basique supérieur à 10 il est majoritairement anionique avec une amine déprotonée.

Compléments

📌 Lorsque le pH est égal au pK, une espèce est présente à 50 % sous sa forme acide AH et à 50 % sous sa forme basique A−.

💡 Astuce mémo

Acide : + ; zwitterion : 0 ; basique : −

📖 6. pH isoélectrique et aspartate

🔑 Notions clés & Définitions

• pH isoélectrique : PHi est le pH auquel un acide aminé existe majoritairement sous forme zwitterionique et correspond à la moyenne des deux pK qui entourent cette forme.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Lorsque le pH est inférieur au pHi, l’acide aminé est majoritairement cationique, tandis que lorsque le pH est supérieur au pHi, il est majoritairement anionique.

📐 Formule — Pour l’aspartate, le pHi se calcule avec les pK de 2,1 et 4 qui entourent la forme zwitterionique : pHi = (2,1 + 4) / 2 = 3,05.

Compléments

• Les chaînes latérales ionisables concernent notamment l’imidazole de l’histidine, le groupe guanidyl de l’arginine, la fonction amine de la lysine et les groupes carboxyliques de l’acide aspartique et de l’acide glutamique.

💡 Astuce mémo

pHi = moyenne des deux pK entourant 0

📖 7. Réactivité des groupements thiols

🔑 Notions clés & Définitions

• Groupement thiol : Un groupement contenant un atome de soufre et un atome d’hydrogène sous la forme −SH.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

• La cystéine possède un groupement méthyl-thiol de formule R = CH2-SH, ce qui la rend polaire non chargée et hydrophile.

🔄 Processus — En présence d’un oxydant comme le dioxygène, deux cystéines peuvent s’oxyder et former entre leurs atomes de soufre un pont disulfure covalent.

Compléments

• L’insuline possède trois ponts disulfure, dont un pont intra-chaîne permettant le repliement de la chaîne A et deux ponts inter-chaînes.

🔄 Processus — Le dithiothréitol, ou DTT, protège les groupements thiols et réduit les ponts disulfure, ce qui permet notamment d’étudier séparément les chaînes de l’insuline.

💡 Astuce mémo

Deux thiols oxydés → pont disulfure

📖 8. Peptides et liaison peptidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Peptides : Des polymères d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, qui sont des liaisons amides formées par condensation d’un carboxyle α et d’une amine α avec libération d’eau.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Les oligopeptides contiennent au plus 10 acides aminés, les polypeptides plus de 10 acides aminés, et une protéine est un polypeptide dont la masse moléculaire dépasse 10 000 Da, soit 10 kDa.

📌 La résonance de la liaison peptidique délocalise les électrons entre N, C et O, immobilise ces atomes dans un même plan et rend la rotation autour de C−N difficile.

📐 Formule — La distance entre deux carbones α successifs est de 3,6 Å et la longueur d’une chaîne peptidique étirée de n acides aminés est n × 3,6 Å.

Compléments

📌 Une chaîne polypeptidique se lit de l’extrémité amino-terminale N-ter, portant NH3+, vers l’extrémité carboxy-terminale C-ter, portant COO−.

💡 Astuce mémo

N → C, liaison rigide et plane

📖 9. Structures secondaires des protéines

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Les structures secondaires ordonnées comprennent les hélices α et les structures β, tandis que les structures non ordonnées de type random coil sont flexibles et souvent situées aux extrémités des protéines.

📌 Les structures secondaires sont stabilisées par des liaisons hydrogène entre les groupes NH et carbonyle de la chaîne peptidique, sans intervention principale des interactions électrostatiques ou hydrophobes.

📌 Dans l’hélice α droite, les liaisons hydrogène intra-chaîne relient les groupes carbonyle et amine des résidus n et n+4, et les chaînes latérales sont orientées vers l’extérieur.

📌 Les feuillets β antiparallèles possèdent des liaisons hydrogène presque linéaires et sont plus stables que les feuillets β parallèles, qui ont environ 50 % de liaisons hydrogène en moins.

Compléments

• L’hélice α droite possède 3,6 résidus par tour, une élévation de 1,5 Å par résidu et un pas de 5,4 Å, tandis que l’hélice α gauche possède 3,3 résidus par tour et un pas de 9,6 Å.

• Les coudes β comportent trois ou quatre résidus, permettent un virage à 180° et sont stabilisés par une liaison hydrogène entre les résidus n et n+3, la glycine étant fréquente en positions 2 et 3.

💡 Astuce mémo

α, β et boucles : liaisons hydrogène

📖 10. Structure tertiaire et repliement

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure tertiaire : Le repliement tridimensionnel d’une chaîne polypeptidique sur elle-même, et la conformation native fonctionnelle d’une protéine donnée correspond à une structure tertiaire spécifique.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 La stabilité de la structure tertiaire repose sur un grand nombre d’interactions entre chaînes latérales, souvent de faible énergie, qui rapprochent dans l’espace des résidus éloignés dans la séquence.

📌 Dans les protéines solubles, les chaînes hydrophiles sont plutôt en surface et les chaînes hydrophobes plutôt enfouies, tandis que les protéines membranaires doivent interagir avec les phases aqueuse et lipidique.

Compléments

🔄 Processus — Dans un motif coiled-coil, une répétition de sept acides aminés selon le motif abcdefg place des résidus hydrophobes en positions a et d, créant une bande hydrophobe permettant l’association de deux hélices.

• Les domaines structuraux sont de petites unités fonctionnelles des protéines de grande taille, et les motifs structuraux comprennent notamment la clé grecque, les faisceaux d’hélices et le cylindre α-β.

💡 Astuce mémo

Hydrophobes dedans, hydrophiles dehors

📖 11. Structure quaternaire des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure quaternaire : L’assemblage de plusieurs sous-unités protéiques au sein d’une protéine oligomérique.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Pour certaines protéines, seule la forme oligomérique assemblée est fonctionnellement active, et la dissociation des sous-unités entraîne une perte d’activité.

• L’insuline est une protéine homodimérique constituée de deux sous-unités identiques, et sa dissociation produit une forme inactive.

Compléments

📌 Une protéine oligomérique formée de sous-unités identiques est un homopolymère, tandis qu’une protéine formée de sous-unités différentes est un hétéropolymère.

💡 Astuce mémo

Sous-unités assemblées → activité

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux de structure protéique

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Les acides aminés polaires non chargés ne portent pas de charge nette sur leur chaîne latérale.
2. La sérine possède un alcool primaire en β, contrairement à la tyrosine qui porte un hydroxyle sur un noyau benzénique.
3. L’absence de charge ne signifie pas absence totale d’interactions, car les espèces apolaires peuvent établir des forces de dispersion.
4. Les dipôles instantanés ont une courte durée de vie et leur distribution moyenne est presque nulle.
5. La forme zwitterionique n’est pas la forme majoritaire aux pH fortement acides ou fortement basiques.
6. Le pHi ne se calcule pas avec n’importe quels pK lorsqu’une chaîne latérale est ionisable.
7. Un pont disulfure résulte de l’oxydation de deux thiols, et non d’une simple liaison hydrogène.