Fiche de révision : Acides aminés : structure et analyse

📋 Plan du Cours

1. Définition et structure commune
2. Nomenclature et classification
3. Groupes fonctionnels spécifiques
4. Acides aminés essentiels et atypiques
5. Chiralité et stéréochimie
6. Propriétés spectrales et solubilité
7. Équilibres acido-basiques et pI
8. Réactivité des fonctions principales
9. Séparation et détection des acides aminés
10. Applications biomédicales

📖 1. Définition et structure commune

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Acide organique comportant une fonction amine, les acides α-aminés étant les plus communs.

★ À maîtriser

• Les acides α-aminés constituent les éléments de base des protéines.

📌 Un acide α-aminé possède une fonction amine et une fonction acide carboxylique portées par le même carbone α, tandis que la chaîne latérale R constitue la partie variable.

Compléments

• Environ 500 acides aminés différents existent, mais 21 sont utilisés pour la synthèse des protéines et la pyrrolysine constitue un 22e acide α-aminé protéinogène chez les bactéries méthanogènes.

💡 Astuce mémo

R variable, squelette commun

📖 2. Nomenclature et classification

★ À maîtriser

• Les 20 acides aminés protéinogènes standards sont complétés par la sélénocystéine, codée Sec ou U, tandis que la pyrrolysine est codée Pyl ou O.

• À pH 7, les chaînes latérales sont classées en: apolaires non aromatiques, apolaires aromatiques, polaires neutres, chargées positivement, chargées négativement

Compléments

• Les acides aminés apolaires non aromatiques sont:

  • glycine
  • alanine
  • proline
  • valine
  • leucine
  • isoleucine
  • méthionine

• Les principaux acides aminés aromatiques sont:

  • phénylalanine
  • tryptophane
  • tyrosine
  • histidine

💡 Astuce mémo

A-P-A-P : apolaires, polaires

📖 3. Groupes fonctionnels spécifiques

★ À maîtriser

• La sérine, la thréonine et la tyrosine possèdent une fonction alcool capable de fixer un groupement phosphate lors de la phosphorylation des protéines.

• Deux cystéines s’oxydent par leurs fonctions thiol pour former une cystine reliée par un pont disulfure covalent.

Compléments

• Dans les glycoprotéines, les oses se fixent sur l’atome d’azote de la fonction amide de la chaîne latérale de l’asparagine lors de la N-glycosylation.

• La glutamine est l’acide aminé le plus abondant du sang.

💡 Astuce mémo

Oxydation des thiols → ponts disulfure

📖 4. Acides aminés essentiels et atypiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Acides aminés essentiels : Ceux que l’organisme humain ne peut pas synthétiser ou ne synthétise pas en quantité suffisante et qui doivent être apportés par l’alimentation.

★ À maîtriser

• Chez l’adulte, les acides aminés essentiels sont:
  • méthionine
  • leucine
  • valine
  • lysine
  • isoleucine
  • phénylalanine
  • tryptophane
  • histidine
  • thréonine

Compléments

• Chez l’enfant, l’arginine s’ajoute aux 9 acides aminés essentiels de l’adulte, ce qui porte le nombre à 10.

• Les acides aminés non standards comprennent des dérivés protéiques modifiés, comme les formes phosphorylées ou glycosylées, et des acides aminés non protéiques ayant des rôles de neuromédiateurs, d’hormones ou de métabolites intermédiaires.

📖 5. Chiralité et stéréochimie

★ À maîtriser

• Dix-neuf des 20 acides aminés sont optiquement actifs, la glycine faisant exception parce qu’elle ne possède pas de carbone asymétrique.

📌 Les acides aminés des protéines possèdent la configuration stéréochimique L, sauf la glycine qui n’a pas de centre chiral.

Compléments

• Les formes R et S sont des énantiomères, c’est-à-dire des molécules images l’une de l’autre dans un miroir et non superposables.

• Pour un L-α-aminoacide observé depuis l’hydrogène du carbone α, les substituants se lisent CO-R-N dans le sens horaire selon le moyen mnémotechnique CORN.

💡 Astuce mémo

CORN : CO-R-N dans le sens horaire

📖 6. Propriétés spectrales et solubilité

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de Beer-Lambert relie l’absorbance à la concentration et au trajet optique selon $A = varepsilon lc$, où ε est le coefficient d’extinction molaire, l la longueur du trajet optique et c la concentration.

• Les absorptions UV caractéristiques concernent: tous les acides aminés à une longueur d’onde inférieure à 230 nm, la phénylalanine vers 258 nm, la tyrosine vers 275 nm, le tryptophane vers 278 nm

📌 La solubilité aqueuse des acides aminés augmente pour les petites molécules ou les chaînes latérales ionisables et diminue pour les longues chaînes carbonées et à un pH proche du pI.

Compléments

• Les échelles de Kyte-Doolittle et de Wimley-White évaluent respectivement l’hydrophobicité et l’hydrophilie des acides aminés.

📖 7. Équilibres acido-basiques et pI

🔑 Notions clés & Définitions

• Point isoélectrique : Le pH auquel un acide aminé possède une charge nette nulle et se trouve majoritairement sous forme zwitterionique.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un acide aminé à chaîne latérale non ionisable, le point isoélectrique se calcule selon $pI = \frac{pK_1+pK_2}{2}$.

📐 Formule — Pour un acide aminé acide, le point isoélectrique se calcule selon $pI = \frac{pK_1+pK_R}{2}$, tandis que pour un acide aminé basique il se calcule selon $pI = \frac{pK_2+pK_R}{2}$.

Compléments

• Le pI de la lysine est 9,47, celui de l’acide aspartique est 2,98 et celui de l’histidine est 7,6.

💡 Astuce mémo

pH < pI : + ; pH = pI : 0 ; pH > pI : −

📖 8. Réactivité des fonctions principales

★ À maîtriser

• La fonction carboxylique peut subir:

  • une estérification
  • une amidation
  • une décarboxylation

• La fonction amine peut subir:

  • une alkylation
  • une arylation
  • une acylation
  • la formation d’une base de Schiff
  • une transamination
  • une désamination oxydative

• La transamination transfère la fonction amine d’un acide aminé à un acide α-cétonique, tandis que la désamination oxydative transforme l’acide aminé en acide α-cétonique avec libération de NH3.

Compléments

• La ninhydrine révèle les acides aminés par formation d’un produit violet ou pourpre appelé pourpre de Ruhemann, avec une détection à 570 nm et à 440 nm pour la proline.

📖 9. Séparation et détection des acides aminés

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie : Sépare les constituants d’un mélange par entraînement d’une phase mobile le long d’une phase stationnaire, selon leur partition sélective entre les deux phases.

★ À maîtriser

• L’électrophorèse sépare les acides aminés selon leur charge à un pH donné : à pH supérieur au pI ils migrent vers l’anode, à pH inférieur au pI vers la cathode et à pH égal au pI ils ne migrent pas.

• En HPLC, l’aire des pics chromatographiques est proportionnelle à la quantité d’acides aminés, et la dérivation OPA améliore la sensibilité grâce à la formation d’un fluorophore.

Compléments

• En chromatographie sur couche mince, la phase stationnaire est une couche polaire de cellulose ou de gel de silice et la révélation à la ninhydrine donne une couleur pourpre aux amines primaires et jaune à la proline.

• En chromatographie échangeuse de cations, les acides aminés chargés positivement à pH acide sont fixés sur une résine polystyrène sulfonée puis élués par augmentation du pH.

💡 Astuce mémo

Séparer → dériver → détecter → doser

📖 10. Applications biomédicales

★ À maîtriser

• La phénylcétonurie est une maladie autosomique récessive due à un déficit fonctionnel de la phénylalanine hydroxylase, entraînant l’accumulation toxique de phénylalanine dans le sang et le cerveau.

• La leucinose, ou maladie du sirop d’érable, est une maladie autosomique récessive due à un déficit d’une déshydrogénase du catabolisme de la valine, de la leucine et de l’isoleucine.

Compléments

• Dans la leucinose, la valine, la leucine, l’isoleucine et leurs sous-produits s’accumulent et provoquent notamment des convulsions, un retard mental et une odeur de sirop d’érable des liquides corporels.

• Le dépistage néonatal des maladies du métabolisme des acides aminés repose sur l’analyse sanguine et recherche notamment la phénylcétonurie, l’homocystinurie et la leucinose.

📊 Tableaux de synthèse

Classification des acides aminés à pH 7

Calcul du point isoélectrique