Fiche de révision : Acides aminés, peptides et protéines

📋 Plan du Cours

1. Structure et classification des acides aminés
2. Réactivité biochimique des acides aminés
3. Propriétés acido-basiques et pI
4. Rôles biologiques et métabolisme
5. Peptides et liaison peptidique
6. Hiérarchie structurale des protéines
7. Repliement et interactions protéiques
8. Modifications et régulation des protéines
9. Exemples de peptides et protéines
10. Méthodes d’étude des protéines

📖 1. Structure et classification des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide α-aminé : Possède une fonction acide carboxylique et une fonction amine basique liées au même carbone α, généralement asymétrique, ainsi qu’une chaîne latérale variable.

★ À maîtriser

• Plus de 150 acides aminés existent dans le vivant, mais 20 acides aminés principaux et la sélénocystéine participent à la constitution des peptides et des protéines.

Compléments

• Les principaux groupes d’acides aminés sont:
  • aliphatiques
  • alcool
  • hétérocycliques
  • soufrés
  • neutres
  • acides
  • basiques
  • aromatiques

💡 Astuce mémo

α-aminé : amine et carboxyle sur le même carbone ; β-aminé : fonctions séparées

📖 2. Réactivité biochimique des acides aminés

★ À maîtriser

• La transamination transfère une fonction amine en position α d’un acide aminé vers une fonction cétone en position α d’un autre acide aminé et fait intervenir des aminotransférases telles que l’ALAT et l’ASAT, particulièrement dans le foie.

📌 L’oxydation de deux fonctions thiol de cystéines forme un pont disulfure, tandis que leur réduction rompt ce pont.

• La phosphorylation concerne notamment la sérine, la thréonine et la tyrosine et peut activer ou inhiber des enzymes.

Compléments

• La désamination oxydative des acides aminés fait notamment intervenir la L-glutamate déshydrogénase.

• La réaction d’amidation modifie la position C-terminale et intervient notamment dans la maturation de neuropeptides et d’hormones peptidiques comme la calcitonine et la vasopressine.

💡 Astuce mémo

Transamination → désamination → décarboxylation → amidation

📖 3. Propriétés acido-basiques et pI

📝 Points essentiels

📐 Formule — La constante de dissociation acide vérifie $K_a = \frac{[H^+][A\text{-}COO^-]}{[A\text{-}COOH]}$.

📐 Formule — L’équation de Henderson-Hasselbalch s’écrit $pH = pKa + \log\left(\frac{[A\text{-}COO^-]}{[A\text{-}COOH]}\right)$.

• Le groupement α-carboxyle possède généralement un pKa compris entre 2 et 2,5, tandis que le groupement α-aminé possède généralement un pKa compris entre 9 et 10.

📐 Formule — Pour un acide aminé neutre, le point isoélectrique vérifie $pI = \frac{pKa_1+pKa_2}{2}$.

📐 Formule — Pour un acide aminé acide, le point isoélectrique vérifie $pI = \frac{pKa_1+pKa_3}{2}$, tandis que pour un acide aminé basique il vérifie $pI = \frac{pKa_2+pKa_3}{2}$.

💡 Astuce mémo

pH inférieur au pKa → forme protonée ; pH supérieur au pKa → forme déprotonée

📖 4. Rôles biologiques et métabolisme

★ À maîtriser

• Les acides aminés ont un rôle structural dans les peptides et les protéines, mais aussi dans des molécules comme les phosphatidylsérines et les phosphatidyléthanolamines.

• Le glutamate et l’aspartate sont des acides aminés excitateurs du système nerveux central, tandis que le GABA est inhibiteur.

• Les acides aminés essentiels sont:

  • isoleucine
  • leucine
  • valine
  • histidine
  • lysine
  • arginine
  • phénylalanine
  • tryptophane
  • méthionine
  • thréonine

Compléments

• La sérotonine est un métabolite du tryptophane, et la phénylalanine et la tyrosine sont des précurseurs des hormones thyroïdiennes T3 et T4.

📖 5. Peptides et liaison peptidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison peptidique : Liaison amide covalente reliant deux acides aminés.

★ À maîtriser

• La liaison peptidique est rigide et plane par résonance électronique, les rotations étant possibles autour des liaisons entre le carbone α et les atomes N et C.

📌 La séquence d’un peptide se lit de l’extrémité amino-terminale vers l’extrémité carboxy-terminale.

Compléments

• Les oligopeptides contiennent jusqu’à une vingtaine d’acides aminés, les polypeptides peuvent en contenir jusqu’à 3 000 ou davantage, et les protéines ont généralement une masse comprise entre 5 000 et plus d’un million de daltons.

💡 Astuce mémo

N-terminal → résidus → C-terminal

📖 6. Hiérarchie structurale des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure secondaire : Correspond au repliement régulier, périodique ou non, de la chaîne polypeptidique en hélices α, feuillets β, boucles et coudes.
• Structure tertiaire : Assemblage tridimensionnel des structures secondaires, des motifs supersecondaires et des régions non structurées d’une protéine native fonctionnelle.
• Structure quaternaire : Assemblage tridimensionnel de plusieurs sous-unités protéiques identiques ou différentes.

📝 Points essentiels

• La structure primaire correspond à l’enchaînement covalent des acides aminés dans une séquence orientée du N-terminal vers le C-terminal.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 7. Repliement et interactions protéiques

★ À maîtriser

• Le repliement protéique enfouit progressivement les résidus apolaires dans un cœur hydrophobe et expose davantage les résidus polaires, afin d’obtenir une structure stable.

• Les principales interactions protéiques sont:

  • liaisons ioniques
  • interactions hydrophobes
  • liaisons hydrogène
  • interactions de Van der Waals
  • ponts disulfure

• L’hélice α est une hélice droite contenant 3,6 acides aminés par tour et stabilisée par des liaisons hydrogène intracaténaires entre les résidus n et n+4.

Compléments

• Le feuillet β associe des segments proches ou éloignés par des liaisons hydrogène, avec des chaînes latérales alternativement au-dessus et au-dessous du plan, et peut être parallèle ou antiparallèle.

• Un coude change la direction du squelette de 180 degrés, est souvent associé à une proline et peut être stabilisé par une liaison hydrogène entre les résidus i et i+3.

💡 Astuce mémo

Enfouissement des résidus apolaires → cœur hydrophobe → structure stable

📖 8. Modifications et régulation des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Régulation allostérique : Modifie l’activité d’une protéine par changement de sa structure tridimensionnelle après fixation d’un ligand sur un site spécifique.

📝 Points essentiels

• Les protéines peuvent être des holoprotéines constituées uniquement d’acides aminés ou des hétéroprotéines liées à un groupement non protéique.

• Les principales modifications post-traductionnelles sont:

  • clivage protéolytique
  • phosphorylation
  • glycosylation
  • palmitoylation
  • méthylation
  • acétylation

📌 La myoglobine, monomérique, présente une courbe de saturation hyperbolique et délivre environ 7 % de son oxygène aux tissus, tandis que l’hémoglobine, tétramérique, présente une courbe sigmoïde et en délivre environ 66 %.

• L’hémoglobine existe sous une forme T tendue de faible affinité pour l’oxygène et une forme R relâchée de forte affinité pour l’oxygène.

• Les protons H+, le CO₂ et le 2,3-bisphosphoglycérate sont des inhibiteurs allostériques de la liaison de l’oxygène à l’hémoglobine.

💡 Astuce mémo

État T : faible affinité pour O₂ ; état R : forte affinité pour O₂

📖 9. Exemples de peptides et protéines

★ À maîtriser

• Le glutathion est un tripeptide Glu-Cys-Gly dont la liaison peptidique implique la fonction acide carboxylique de la chaîne latérale du glutamate.

• Le glutathion neutralise le stress oxydant et participe à la réduction de la méthémoglobine en hémoglobine.

• Une immunoglobuline comporte deux chaînes lourdes et deux chaînes légères reliées par des ponts disulfure, avec des domaines variables de liaison à l’antigène et des domaines constants.

• Le collagène possède une séquence riche en proline, glycine et hydroxyproline, avec un résidu glycine tous les trois acides aminés, puis forme une triple hélice droite de tropocollagène.

Compléments

• L’ocytocine et la vasopressine sont des nonapeptides, respectivement associés à la contraction utérine et à un rôle antidiurétique.

• La ciclosporine est un peptide cyclique de 11 acides aminés utilisé comme immunosuppresseur dans le traitement du rejet de greffe.

📖 10. Méthodes d’étude des protéines

★ À maîtriser

• La radiocristallographie, la RMN et le dichroïsme circulaire permettent d’étudier la structure des protéines.

• L’électrophorèse sépare les molécules selon leur charge dans un champ électrique, tandis que l’isoélectrofocalisation les sépare selon leur point isoélectrique dans un gradient de pH.

• La méthode d’Edman détermine la séquence d’un peptide à partir de son extrémité amino-terminale et permet d’en séquencer jusqu’à 50 acides aminés en méthode automatisée.

• Le Western blot sépare les protéines par SDS-PAGE, les transfère sur une membrane, puis détecte spécifiquement la protéine d’intérêt avec un anticorps.

Compléments

• La chromatographie d’affinité consiste à faire passer l’échantillon, éliminer les molécules indésirables, puis récupérer la molécule d’intérêt.

💡 Astuce mémo

Séparer → séquencer → détecter

📊 Tableaux de synthèse

Niveaux de structure protéique