Download - © E.V. Blackburn, 2012 Les acides aminés et les protéines

© E.V. Blackburn, 2012

Les acides aminés et les protéines


L’hydrolyse de la plupart des protéines produit environ 20 acides aminés différents.

C COH

OH

NH2

R

un acide -aminé

La structure des acides aminés

Ces composés sont des acides ayant une fonction amine liée à l’atome du carbone:-


Classification des acides aminés

• acide - un group amino et deux groupes carboxyles

• basique - deux groupes basiques et un group carboxyle

• neutre- un groupe amino et un groupe carboxyle


Les acides aminés neutresNom Symbole Structure

Alanine Ala ou A CH3CH(NH2)CO2HAsparagine Asn ou N H2NCOCH2CH(NH2)CO2HCystéine Cys ou C HSCH2CH(NH2)CO2HGlutamine Gln ou Q H2NCOCH2CH2CH(NH2)CO2HGlycine Gly ou G CH2(NH2)CO2HIsoleucine Ile ou I CH3CH2CH(CH3)CH(NH2)CO2HLeucine Leu ou L (CH3)2CHCH2CH(NH2)CO2HMéthionine Mét ou M CH3SCH2CH2CH(NH2)CO2HPhénylalanine Phé ou F C6H5CH2CH(NH2)CO2HProline Pro ou P N CO2H

H


Thréonine Thr ou T HOCH(CH3)CH(NH2)CO2H

Tryptophane Try ou W NH

CH2CH(NH2)CO2H

Les acides aminés neutresNom Symbole Structure

Sérine Sér ou S HOCH2CH(NH2)CO2H

Tyrosine Tyr ou AY CH2CH(NH2)CO2HHO

Valine Val ou V (CH3)2CHCH(NH2)CO2H


Acide aspartique Asp ou D HO2CCH2CH(NH2)CO2H

Les acides aminés acides

Nom Symbole Structure

Acide glutamique Glu ou E HO2CCH2CH2CH(NH2)CO2H


Arginine Arg ou R HN=C-NH(CH2)3CH(NH2)CO2H NH2

N NH

CH2CH(NH2)CO2H

Les acides aminés basiques

Nom Symbole Structure

Histidine His ou H

Lysine Lys ou K H2N(CH2)4CH(NH2)CO2H


Les acides aminés essentiels

Isoleucine, Leucine, Méthionine, Phénylalanine, Thréonine, Tryptophan, Valine, Arginine, Histidine, et Lysine.

Nous ne pouvons synthétiser que 10 de ces acides aminés. Notre nourriture doit fournir les autres acides aminés, les acides aminés essentiels:


La stéréochimie des acides aminés

La plupart des acides aminés naturels ont la même configuration au niveau de l’atome de carbone:

CHO

CH2OHHO H

CO2H

CH2OHH2N H

CO2H

RH2N H

aldéhyde L-(-)-glycérique

L-(-)-sérine acides aminés naturels


Ionisation des acides aminés

RCHCO2H

NH2

-amino-acide

RCHCO2-

NH3+zwittérion

H+

OH-

RCHCO2H

NH3+

OH-H+

RCHCO2-

NH2


Propriétés physiques

• ils sont très solubles dans l’eau

• ils sont insolubles dans les solvants organiques non-polaires (p.e. l’éther)

• ils fondent à des températures relativement élevées avec décomposition


Les points isoélectriques

Le pH auquel un acide aminé se trouve au plus haut degré de la forme électriquement neutre s’appelle point isoélectrique. A ce pH, l’acide aminé existe presque exclusivement sous la forme dipolaire.

Le point isoélectrique pour les acides aminés neutres va de pH 4,8 à 6,3. Pour les acides aminés basiques les points isoélectriques s’étendent de 7,8 à 10,8 tandis que pour les acides aminés acides, ils vont de 2,7 à 3,2.


A un pH supérieur au point isoélectrique, les acides aminés forment des anions; au dessous de ce pH critique, ils fixent des protons et existent à l’état de cations. Un acide aminé est le moins soluble à son point isoélectrique.

Les points isoélectriquesRCHCO2H

NH2

-amino-acide

RCHCO2-

NH3+zwittérion

H+

OH-

RCHCO2H

NH3+

OH-H+

RCHCO2-

NH2


Electrophorèse

• Le papier est connecté à deux électrodes.

• Lorsque le courant électrique est établi, les cations se dirigent vers l’électrode négative et les anions se dirigent vers l’électrode positive.

• La vitesse de chaque espèce migrante dépend du pH de la solution tampon et du point isoélectrique de l’acide aminé.

• Un microdépôt de l’acide aminé (ou de polypeptide) est placé au milieu du papier absorbant qui est humecté par une solution tampon.


Synthèse des acides aminés - Réaction de Hell-Volhard-

Zelinsky

CH3CH2CO2H1. Br2/PBr3

2. H2OCH3CHBrCO2H

excès NH3

CH3CHCO2HNH2

alanine


Synthèse des acides aminés - la synthèse de Strecker

aldéhyde + NH3 forme une imineimine + CN- donne l’amino-nitrile

NH4Cl/KCN

H2O

RCHCO2HNH2

CHO

R C NRHCNH2

H3O+


La liaison peptidique

CR

HCO

NH

CR

HCO

N CH

R

H

La chaîne qui comprend les liaisons amide est appelée la chaîne principale, alors que les substituants, R, constituent les chaînes latérales.

Les acides aminés individuels qui composent le peptide sont désignés sous le nom de restes. Dans certaines protéines, deux ou plusieurs chaînes polypéptidique sont reliées par des ponts disulfure.


NomenclatureEn partant de l’extrémité aminée, les noms des restes individuels sont reliés l’un à l’autre, chacun étant considéré comme le substituant de l’acide aminé qui suit, et le tout se termine par le nom de l’acide aminé final:

H3NCH+

C6H5CH2

CO

NHCHCH2

(CH3)2CH

CO

NHCHCO2-

HCOHCH3

phénylalanylleucylthréonine

Phé-Leu-Thr


Aspartame• un édulcorant artificiel hypocalorique (Nutrasweet)

H3N-CH-C-NH-CH-C-OCH 3

O O

CH2

CO2-

CH2-C6H5

+

ester méthylique de l’aspartylphénylalanine

Asp-Phé-OCH3

• dans la notation abrégée, l’extrémité ester est signalée par -OCH3


Angiotensin II

L’angiotensin II, une hormone qui contrôle la tension artérielle, est formé à partir de 8 acides aminés. Quel est le nombre de combinaisons possible? 40 320!

Sa structure est: Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe.


L’analyse séquentielle des acides aminés

La première étape: rompre les ponts disulfure et purifier

Nombre de polypeptides sont constitués de deux ou plus de deux chaînes qui sont reliées par des ponts disulfure. Il faut rompre ces liaisons et séparer les sous-unités qui en résultent On oxyde ces ponts:

S SHCOOH

O

SO3H HO3S

chaîne A chaîne B chaîne A chaîne B


La purification

Les diverses techniques pour séparer les polypeptides se base sur sa taille, sa solubilité dans un solvant particulier, sa charge ou son aptitude à se lier à un suppot.• dialyse - filtration au travers d’une membrane semi-perméable

• chromatographie sur résine échangeuses d’ions

• électrophorèse

• chromatographie


On provoque une dégradation complète du polypéptide par hydrolyse des fonctions amide (HCl 6M, 110o, 24hr) de manière à obtenir un mélange des acides aminés libres:

H3N-CH-C-NH-CH-C-OH

O O

CH3 CH(CH3)2

Ala-Val

H2O

HCl 6M

110o, 22hr

+

H3N-CH-C-OH

O

CH3

Ala

+ H3N-CH-C-OH

O

CH(CH3)2

Val

+ +

La seconde étape: quels sont les acides aminés qui y sont présents?


Analyseur d’acides aminésLe mélange est séparé grâce à un appareil automatique.

Cet instrument comprend une colonne échangeuse d’ions constituée d’un support chargé négativement (ions carboxylates ou sulfonate).

On fait passer les acides aminés, en solution légèrement acide, au travers de la colonne.

Selon leur structure, ceux-ci sont plus ou moins protonnés et seront retenus plus ou moins fortement sur la colonne; c’est ainsi qu’ils se séparent.

On augmentent ensuite progressivement le pH de l’éluant; ceci provoque la déprotonation définitive et, dès lors, l’élution des acides aminés, en commençant par le plus acide et en terminant par le plus basique.


Analyseur d’acides aminésA la sortie de la colonne se trouve un analyseur, un réservoir contenant un indicateur, la ninhydrine. Les acides aminés élués se signalent par une couleur violet-poupre dont l’intensité est proportionnelle à la quantité d’acide présent.

pH

Asp

Thr

Sér Glu

Pro

Gly Ala


L’acide aminé N-terminal est le seul acide qui porte un substituant amino libre. Cette caractéristique est exploitée en vue d’étiqueter ledit acide aminé terminal par des réactions chimiques spécifiques.

La troisième étape: l’analyse séquentielle des acides aminés à

partir de l’extrémité amino


La dégradation de Sanger

FNO2

H2NCH2CONH

NO2

NHCH2CONHNO2

NO2


La dégradation d’EdmanL’isothiocyanate de phényle, C6H5N=C=S, est un réactifs qui permette d’enlever sélectivement l’acide aminé N-terminal, de manière à laisser intact le restant de la chaîne afin que celle-ci puisse à nouveau être traitée par ledit réactif.


La dégradation d’Edman

NHCH-R

NPh

O

S dérivé phénylthiohydantoïne

Ph-N=C=S + H2N-CH-C-NH-Pep

O

R

pyridine

H2O/Me2NPh

Ph-NH-C-HN-CH-C-NH-Pep

O

R

SCF3CO2H

N

S O

RHPh-NH + H3N-Pep

+

dérivé thiazolinone

H2O/H+


L’hydrolyse sélectiveLa trypsine est une enzyme digestive que l’on retrouve en milieu intestinal. Elle scinde les polypeptides uniquement au niveau de l’extrémité carboxylique de l’arginine et de la lysine.

La chymotrypsine scinde au niveau de l’extrémité carboxylique de la phénylalanine, de la tyrosine et de la tryptophan.


L’aminoacide C-terminal

La carboxypeptidase est utilisée pour la coupure spécifique de polypeptides à l’acide C-terminal.


Le traitement d’un peptide avec le 2,4-dinitrofluorobenzene suivi d’une hydrolyse donne la N-dinitrophénylvaline. L’amino-acide terminal C est la leucine.

Le peptide contient une molécule de chacun des amino-acides: Leu, Sér, Phé, Pro, Tyr, Lys, Gly, et Val.

L’hydrolyse partielle libère quatre petits peptides:

peptide A:- Leu, Sér, Phé peptide B:- Sér, Pro, Tyr, Lys

peptide C:- Tyr, Lys, Gly peptide D:- Lys, Val, Gly

Un problème


L’hydrolyse complète d’un peptide suivie d’une analyse des acides aminés indique un rapport de 2 Arg, 2 Ile, 1 Glu, 2 Gly, 1 Leu, 1 Lys, 1 Phe, 1 Pro, 1 Ser, 1 Trp La dégradation d’Edman donne le phénylthiohydantoïne dérivant de la leucine. La trypsine scinde les peptides uniquement au niveau de l’extrémité carboxylique de l’arginine (Arg) et de la lysine (Lys). La chymotrypsine scinde les peptides uniquement au niveau de l’extrémité carboxylique de la phénylalanine (Phé), de la tryptophane (Trp) et de la tyrosine (Tyr). L’hydrolyse par la trypsine produit Gly-Arg, Ile-Trp-Phé-Pro-Gly-Arg, Leu-Lys, et Sér-Glu-Ile. L’hydrolyse par la chymotrypsine produit un peptide ayant la séquence partielle de Leu-Lys-Gly … et un autre ayant la séquence partielle de Pro-Gly-Arg-Sér ...

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