Fiche de révision : Acides aminés : structure et propriétés

📋 Plan du Cours

1. Structure générale et nomenclature
2. Classification selon la chaîne latérale
3. Acides aminés apolaires
4. Acides aminés polaires et chargés
5. Stéréochimie et propriétés physiques
6. Équilibres acido-basiques et pH
7. Titration et chromatographies
8. Échange d’ions et électrophorèse

📖 1. Structure générale et nomenclature

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide aminé : Possède un carbone alpha lié à un groupement carboxyle COOH, une fonction amine primaire NH2, un hydrogène et une chaîne latérale variable R.

★ À maîtriser

• Le carbone alpha est asymétrique parce qu’il est lié à quatre groupements différents, sauf dans la glycine.

• Les protéines humaines sont composées de 20 acides aminés protéinogènes standards codés dans l’ADN génomique.

• Les huit acides aminés essentiels sont:

  • la leucine
  • l’isoleucine
  • la lysine
  • la méthionine
  • la phénylalanine
  • le tryptophane
  • la valine
  • la thréonine

Compléments

• La masse moyenne d’un acide aminé est d’environ 120 Da, et 1 Da correspond à 1 g/mol.

📖 2. Classification selon la chaîne latérale

★ À maîtriser

• Les cinq classes fondées sur la chaîne latérale sont:
  • les apolaires aliphatiques
  • les polaires non chargés
  • les polaires chargés positivement
  • les polaires chargés négativement
  • les apolaires aromatiques

📌 Les acides aminés apolaires ne peuvent pas établir de liaisons hydrogène avec l’eau, tandis que les acides aminés polaires peuvent en établir grâce à des fonctions oxygénées ou soufrées.

• À pH physiologique 7,4, les acides aminés polaires non chargés ne présentent pas de charge nette.

Compléments

• Les acides aminés à fonction acide prennent le suffixe -ate lorsque leur groupement carboxyle est sous forme COO−, comme dans glutamate et aspartate.

💡 Astuce mémo

Apolaires : hydrophobes ; polaires : liaisons H ou charges.

📖 3. Acides aminés apolaires

★ À maîtriser

• Les sept acides aminés à chaîne aliphatique sont:
  • la glycine
  • l’alanine
  • la valine
  • la leucine
  • l’isoleucine
  • la méthionine
  • la proline

📌 La glycine est le seul acide aminé dépourvu de carbone alpha asymétrique, car sa chaîne latérale R est un hydrogène.

• La proline possède une chaîne latérale greffée sur le groupement amine alpha, qui devient une fonction alpha-imine et impose une cassure ou une direction à la chaîne polypeptidique.

Compléments

• La phénylalanine et le tryptophane possèdent une chaîne aromatique, et les noyaux aromatiques absorbent dans l’UV moyen entre 260 et 280 nm.

💡 Astuce mémo

Une chaîne hydrophobe qui fuit l’eau.

📖 4. Acides aminés polaires et chargés

★ À maîtriser

• Les acides aminés polaires non chargés comprennent:

  • la sérine
  • la thréonine
  • la tyrosine
  • la cystéine
  • la glutamine
  • l’asparagine

• La cystéine possède un groupement thiol SH ionisable et deux cystéines peuvent former un pont disulfure dans une même chaîne polypeptidique ou entre deux chaînes différentes.

• Les acides aminés polaires chargés comprennent:

  • l’acide glutamique
  • l’acide aspartique
  • l’histidine
  • la lysine
  • l’arginine

Compléments

• Dans l’acide aspartique, le groupement acide est porté par le carbone beta, tandis que dans l’acide glutamique il est porté par le carbone gamma.

💡 Astuce mémo

Les polaires non chargés établissent des liaisons H, tandis que les chargés portent une charge à pH physiologique.

📖 5. Stéréochimie et propriétés physiques

★ À maîtriser

📌 Les deux stéréoisomères d’un acide aminé sont des énantiomères, c’est-à-dire des images l’une de l’autre dans un miroir, et les protéines ne contiennent que des L-acides aminés.

• Les trois acides aminés absorbant dans l’UV moyen sont:
  • le tryptophane
  • la tyrosine
  • la phénylalanine

Compléments

• La racémisation correspond au passage d’un énantiomère à l’autre, de L vers D ou de D vers L.

• Chez les bactéries, des racémases réalisent la racémisation et augmentent la résistance des parois aux protéases spécifiques des formes L.

💡 Astuce mémo

Les protéines utilisent les formes L, tandis que la racémisation produit le mélange L-D.

📖 6. Équilibres acido-basiques et pH

🔑 Notions clés & Définitions

• pKa : Est égal à $-\log(K_a)$ et caractérise un couple acido-basique.
• Point isoélectrique : Est le pH auquel la charge nette Q d’un acide aminé est nulle, avec autant de charges positives que négatives.

📝 Points essentiels

• La solubilité d’un acide aminé dans l’eau dépend principalement de la polarité de sa chaîne latérale et de l’état d’ionisation de ses groupements fonctionnels COOH et NH2.

• Lors d’une augmentation progressive du pH, la déprotonation d’un acide aminé suit l’ordre croissant des valeurs de pKa, d’abord le groupement carboxyle puis les autres groupements ionisables.

📌 Pour déterminer le pI, il faut faire la moyenne des deux pKa qui encadrent la forme électriquement neutre de l’acide aminé.

💡 Astuce mémo

Protoné → déprotonation selon les pKa croissants → entièrement déprotoné.

📖 7. Titration et chromatographies

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie sur couche mince : Sépare les constituants d’un mélange par entraînement dans une phase mobile et rétention par adsorption sur une phase stationnaire.

📝 Points essentiels

• 🔄 La titration d’un acide aminé consiste à: placer l’acide aminé à pH égal à 1, ajouter progressivement une base forte de concentration connue, mesurer le pH après chaque ajout, tracer la courbe de titration

📐 Formule — Pour la glycine, le nombre de moles d’acide aminé à l’équivalence vérifie $n_{glycine}=\frac{1}{2}n_{NaOH}$, car deux couples acido-basiques sont neutralisés.

📌 À la demi-équivalence d’un couple acido-basique, les formes acide et basique sont présentes en quantités égales et le pH est égal au pKa correspondant.

• En chromatographie des acides aminés, les apolaires migrent davantage que les polaires, car ils établissent moins de liaisons hydrogène avec le support hydrophile.

• La ninhydrine colore les acides aminés en violet, sauf la proline qui apparaît en jaune parce qu’elle ne possède pas d’amine primaire.

💡 Astuce mémo

Titrer, séparer, révéler : neutralisation → migration → coloration.

📖 8. Échange d’ions et électrophorèse

🔑 Notions clés & Définitions

• Chromatographie par échange d’ions : Sépare et récupère les acides aminés selon leur charge nette à un pH donné.
• Électrophorèse : Sépare des particules chargées selon leur mobilité dans un support traversé par un courant électrique.

★ À maîtriser

📌 À pH inférieur au pI un acide aminé porte une charge positive, à pH supérieur au pI une charge négative, et à pH égal au pI une charge nette nulle.

• Lors d’un échange d’anions, la colonne est équilibrée avec un tampon, le mélange d’acides aminés est chargé, les anions sont fixés sur la résine et les acides aminés sont élués par un gradient de pH.

Compléments

• La mobilité électrophorétique d’un acide aminé dépend de sa charge nette, de sa taille, de sa forme spatiale et du pH du tampon par rapport à son pI.

💡 Astuce mémo

Le pH modifie la charge → la charge modifie la fixation ou la migration.

📊 Tableaux de synthèse

Classes des acides aminés

Méthodes analytiques