Fiche de révision : Biochimie des acides aminés

📋 Plan du Cours

1. Fondements de la biochimie et des protéines
2. Structure et classification des acides aminés
3. Ionisation et propriétés amphotères
4. Réactivité de la fonction carboxylique
5. Réactions de la fonction amine
6. Réactions de la ninhydrine
7. Réactivité des chaînes latérales
8. Phosphorylation et glycosylation

📖 1. Fondements de la biochimie et des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Biochimie : Étude des bases moléculaires de la vie.

★ À maîtriser

• Les protéines interviennent notamment dans les fonctions suivantes :

  • La catalyse enzymatique
  • Le transport et la mise en réserve
  • Le mouvement
  • Le support mécanique
  • La production et la transmission de l’influx nerveux
  • Le contrôle de la croissance et de la différenciation

• Les acides aminés sont les unités structurales de base des protéines.

Compléments

• Les enzymes sont des macromolécules qui catalysent presque toutes les réactions chimiques des systèmes biologiques.

📖 2. Structure et classification des acides aminés

★ À maîtriser

• L’hydrolyse des protéines fournit presque exclusivement des acides α-aminés, et les protéines naturelles peuvent être constituées de jusqu’à 20 acides aminés différents.

• La glycine est l’acide aminé le plus simple et ne possède pas de carbone asymétrique.

• À pH neutre, les chaînes latérales de Lys, Arg et His sont chargées positivement, tandis que celles d’Asp et Glu sont chargées négativement.

Compléments

• La nomenclature officielle forme le nom d’un acide aminé en faisant précéder celui de l’acide organique du terme « α-amino » ; l’acide α-aminopropionique est l’alanine.

• Les acides aminés sont couramment désignés par des abréviations à trois lettres ou à une lettre dans les formules des peptides et des protéines.

• Les chaînes latérales diffèrent par :

  • Leur dimension
  • Leur forme
  • Leur charge
  • Leur capacité à former des liaisons hydrogène
  • Leur réactivité chimique

📖 3. Ionisation et propriétés amphotères

🔑 Notions clés & Définitions

• Ampholyte : Possède une fonction acide –COOH et une fonction basique –NH₂ et peut agir comme un acide ou comme une base.

• Zwitterion : Forme dipolaire d’un acide aminé, portant des charges intramoléculaires positives et négatives dont la somme est nulle.
• Point isoélectrique : pH auquel un acide aminé en solution tamponnée possède une charge nette nulle.

★ À maîtriser

• En milieu acide, la forme dipolaire de l’acide aminé accepte un proton sur le groupement COO⁻ ; en milieu alcalin, elle perd un proton du groupement NH₃⁺.

Compléments

• Le pK d’un couple acide-base correspond au pH de demi-dissociation, lorsque 50 % du groupement est dissocié.

• Les deux points d’inflexion du titrage de la glycine correspondent aux pH de demi-neutralisation de ses fonctions acide et basique, c’est-à-dire à ses deux pK.

💡 Astuce mémo

Milieu acide : le zwitterion capte H⁺ ; milieu alcalin : il perd H⁺.

📖 4. Réactivité de la fonction carboxylique

★ À maîtriser

📐 Formule - La formation d’un amide à partir d’un acide carboxylique et d’une amine s’écrit $\mathrm{R_a{-}COOH + R_bNH_2 \rightarrow R_a{-}CO{-}NHR_b + H_2O}$.

• La liaison peptidique résulte de la condensation entre la fonction COOH du premier acide aminé et la fonction NH₂ du deuxième, avec libération d’une molécule d’eau.

• Un peptide possède une extrémité N-terminale portant un groupe amine libre et une extrémité C-terminale portant un groupe carboxyle libre.

• La décarboxylation d’un acide aminé, chimique ou enzymatique, élimine le carboxyle sous forme de CO₂ et permet la synthèse d’une amine.

Compléments

• En présence d’un acide fort, l’estérification de la fonction carboxylique par un alcool produit des esters d’acides aminés, utilisables pour séparer ces acides aminés en phase gazeuse ou liquide.

• L’asparagine et la glutamine sont des dérivés physiologiques formés par réaction d’un acide carboxylique avec une amine.

📖 5. Réactions de la fonction amine

★ À maîtriser

• Le FDNB réagit avec une fonction amine pour former un dérivé jaune 2,4-dinitrophénylé, identifiable par chromatographie et dosable par spectrophotométrie à 360 nm.

• Après réaction d’un peptide avec le FDNB et hydrolyse acide, les liaisons peptidiques sont hydrolysées mais la liaison entre le groupe dinitrophényl et l’acide aminé N-terminal reste stable, ce qui permet d’identifier cet acide aminé. - Frederik SANGER, 1953

• À pH 9, le phénylisothiocyanate réagit avec l’acide aminé N-terminal pour former un dérivé phénylthiohydantoïne-aminoacide absorbant dans l’UV et séparable par chromatographie ; la répétition de cette réaction permet de déterminer la structure primaire de la protéine.

Compléments

• La réaction d’un aldéhyde avec la fonction amine d’un acide aminé forme une imine, appelée base de Schiff ; la proline fait exception car elle possède une fonction amine secondaire.

• La N-acylation des acides aminés est obtenue par réaction de leur fonction amine avec un anhydride d’acide ou un chlorure d’acide.

💡 Astuce mémo

Edman répète le cycle : détacher l’acide aminé N-terminal, puis recommencer.

📖 6. Réactions de la ninhydrine

★ À maîtriser

• La réaction à la ninhydrine colore la plupart des acides aminés en pourpre de Ruhemann à 570 nm, tandis que la proline et l’hydroxyproline sont colorées en jaune à 440 nm.

Compléments

• 🔄 La réaction de la ninhydrine en excès suit ces étapes :

  1. Formation d’une imine
  2. Décarboxylation
  3. Hydrolyse de l’imine formée
  4. Condensation avec une seconde molécule de ninhydrine

• La ninhydrine est un composé aromatique utilisé comme révélateur des acides aminés.

💡 Astuce mémo

Pourpre à 570 nm pour la plupart ; jaune à 440 nm pour proline et hydroxyproline.

📖 7. Réactivité des chaînes latérales

★ À maîtriser

• L’oxydation des groupes thiol de deux cystéines forme une cystine comportant un pont disulfure, qui contribue au maintien de la structure tridimensionnelle des protéines.

• La phosphorylation des groupes hydroxyle de sérine, thréonine et tyrosine est une réaction d’estérification par l’acide phosphorique qui crée un ester phosphate.

Compléments

• La carboxyamidométhylation des cystéines bloque leur thiol, empêche la formation de ponts disulfure et est utilisée dans la cartographie des peptides.

• Chez les eucaryotes, les taux de phosphorylation de la sérine, de la thréonine et de la tyrosine sont respectivement de 1000, 100 et 1.

💡 Astuce mémo

Oxydation de deux cystéines → pont disulfure → maintien de la structure protéique.

📖 8. Phosphorylation et glycosylation

★ À maîtriser

• La O-glycosylation ajoute des glucides à l’oxygène de la chaîne latérale de la sérine ou de la thréonine dans la lumière de l’appareil de Golgi et débute généralement par une N-acétylgalactosamine.

• La N-glycosylation ajoute des glucides aux chaînes peptidiques lors de leur entrée dans la lumière du réticulum endoplasmique, de manière cotraductionnelle et par transfert en bloc d’un oligosaccharide composé de N-acétylglucosamine, de mannose et de glucose.

📌 Lors de la N-glycosylation, l’oligosaccharide se lie à une asparagine appartenant à la séquence consensus Asn-X-Ser/Thr, où X peut être n’importe quel acide aminé sauf la proline.

Compléments

• La O-glycosylation est catalysée par une glycosyl-transférase et concerne des polypeptides provenant généralement du réticulum endoplasmique.

• La N-glycosylation est catalysée par une enzyme membranaire de type oligosaccharyl-transférase.

💡 Astuce mémo

O-glycosylation : sérine/thréonine ; N-glycosylation : asparagine.

📊 Tableaux de synthèse

Classification des chaînes latérales à pH neutre

Couleurs de la réaction à la ninhydrine