BIOCHIMIE STRUCTURALE 2
Acides aminés et protéines
Professeur Latifou LAGNIKA
INTITULE DU COURS : Acides aminés et protéines
UNITE D’ENSEIGNEMENT: Biochimie structurale
I. IDENTIFICATION DU COURS
Etablissement (UFR) : Faculté des Sciences et Techniques
Domaine de formation : Sciences de la Vie et de la Terre
Mention : Chimie-Biologie-Géologie
Spécialité : Biochimie
Grade : L2
Semestre : 6
Masse horaire : 25 par groupe pédagogique (2 groupes pédagogiques)
Nombre de crédit : 1 par groupe pédagogique (2 groupes pédagogiques)
Nom et grade de l’enseignant responsable : Latifou LAGNIKA, PT
Nom et grade de l’enseignant à charge du cours : Latifou LAGNIKA, PT
II. DESCRIPTIF DU COURS
1.Objectifs
❖ Objectif général
Ce cours vise à permettre à l’apprenant de connaître l’unité de structure et de fonction sous-
jacente à la diversité biologique du monde vivant.
❖ Objectifs spécifiques
Identifier et Nommer les 20 (+1) acides aminés présents dans les protéines;
dessiner les structures des 20 (+1) acides aminés ;
Ecrire les symboles à 3 lettres et à une lettre de chacun des acides aminés courants;
Classifier les 20 (+1) acides aminés standards;
Décrire la contribution de chaque type du radical R des acides aminés standard à leur propriétés chimiques;
Donner les constantes de dissociation des groupements ionisables des acides aminés;
Décrire les propriétés physiques et chimiques des acides aminés ;
Décrire la polarité, la nomenclature et la structure des peptides ;
Connaître la classification des protéines et leurs importances biologiques;
Expliquer la reconstitution de la structure primaire d’une séquence peptidique (Edman, Sanger, DNFB, ….);
Décrire les méthodes chromatographiques couramment utilisées pour isoler les acides aminés et protéines.
A la fin du cours l’apprenant doit être capable de :
Identifier un acide aminé standard;
définir un peptide et une protéine ;
Décrire les bases structurales et l’utilité des acides aminés standards et protéines;
Définir les propriétés physiques et chimiques des acides aminés et des protéines;
Décrire les réactions caractéristiques des acides aminés et protéines;
Reconstituer la séquence d’un peptide.
2. Contenu du cours
BIOCHIMIE STRUCTURALE (Acides aminés, protéines )
Chapitre 1 LES ACIDES AMINES
Structure générale des acides aminés
Nomenclature des 20 acides α-aminés standards
Classification des acides α-aminés
Structure, localisation et utilité des acides α-aminés standards dans le métabolisme
Importances biologiques des acides α-aminés
Propriétés physico-chimiques des acides aminés
Méthodes de séparation et d’identification des acides aminés
Chapitre 2 LES PROTEINES
Structures des protéines et liaison peptidique
Importance biologique (Rôles)
Classification
Structure primaire et liaison peptidique
Méthodes chimiques d’identification de la structure primaire
Méthodes enzymatiques d’identification de la structure primaire
Purification des protéines
Structure secondaire et super-secondaires des protéines
Structure tertiaire
Structure quaternaire (liée aux fonctions biologiques)
3. Méthodes et modalités d’évaluation
Les évaluations sont faites à travers les questions orales lors des enseignements et à la fin des
cours et des travaux pratiques. L'examen porte sur les cours théoriques ainsi que sur certains
aspects développés au cours des travaux pratiques. Les examens sont constitués de Questions
à Choix Multiples (QCM), d’Analyse, de Compréhension et de Synthèse.
L'examen est noté sur 20 points. L’étudiant est déclaré admis lorsqu’il réunit une moyenne de
10 sur 20. Pour les troncs communs (CBG2), des coefficients de 3-2-1 sont respectivement
affectés à la note de l’écrit, des travaux pratiques et à la note d’oral.
4. Méthode d’enseignement
Les cours se font en mode présentiel par projection power point ou non. Les étudiants
disposent du cours complet dès le début de l'année ou quelques semaines avant les cours. Des
versions imprimées du cours sont mises à la disposition des apprenants afin qu’ils puissent
mieux comprendre et faire un travail personnel avant le cours.
5. Matériel pédagogique
Il est composé de : Note de cours, figures, photos, images, matériels de laboratoire, tableau,
craies, marqueurs, vidéoprojecteur, microphone, portable speaker, …
6. Références bibliographiques
Biochimie de Harper. Murray, Bender, Botham, Kennelly, Rodwell et Weil. 5ème edition de boeck
Université, Bruxelles, 2013;
Toute la Biochimie. Serge Weinman, Pierre Méhul. Edition Dunod, 2013, France.
BIOCHEMISTRY. Berg M.J, Tymoczko J.L, Stryer L. 7ème édition, 2012. M.H. Freeman et Company,
Houndmills, Basinstoke RG England.
BIOCHIMIE GENERALE. Jacques-Henry WEIL. 8ème édition. MASSON.
BIOCHIMIE STRUCTURALE ET METABOLIQUE. Médecine, Pharmacie, Sciences. Christian MOUSSARD.
2ème édition. De boeck;
Travaux dirigés de Biochimie, Biologie Moléculaire et Bioinformatique. G. Coutouly, E. Klein, E. Barbieri,
L. Kriat. 4ème édition, doin, 2012, France.
Tous les livres d'édition récente et les sites internet spécialisés servent également de
compléments aux cours théoriques et aux notes de cours rédigées. Sur présentation de la
carte d’étudiante, les apprenants peuvent utiliser les livres disponibles au sein de la
Bibliothèque du laboratoire de Biochimie et Substances Naturelles Bioactives.
BIOCHIMIE STRUCTURALE 2
1ère partie
Les acides α-aminés
• un groupe carboxyle
un groupe amine
• un atome d’hydrogène
• un radical R (chaî lat.)
• Carbone alpha*
Les acides aminés (ou amino-acides): molécules qui possèdent dans leur structure
*
I. Généralités sur les acides α aminés
Les acides α-aminés
Les acides aminés naturels sont essentiellement des acides α –aminés.
Les acides α –aminés sont des molécules (acide aminé) dans lesquelles la
fonction amine est adjacent (position α) au groupement carboxylique
Constitution des protéines Métabolisme
Role important: Deux catégories
I. Généralités sur les acides α aminés
Les acides aminés
Constitution des protéines
CONSTITUANTS des protéines
Non CONSTITUANTS des protéines
aa constitutifs des protéines(nombre = 21) aa non utilisés pour la
synthèse protéique (cystine, hydroxyproline)
aa du métabolisme intermédiaire
(+ 300)
Constitution des protéines Métabolisme
I. Généralités sur les acides α aminés
Les acides aminés
Acides aminés constitutifs des protéines naturelles (nombre = 21)
Sélénocystine (homologue; S = Se)
Très rare20 aa fréquents
Acides Abbreviat. Abbreviat.
aminés 3 lettre 1 lettre
Acides Abbreviat. Abbreviat.
aminés 3 lettre 1 lettre
Constitution des protéines Métabolisme
I. Généralités sur les acides α aminés
Les acides aminés
les aa indispensables (9) pour l’homme:
ne peuvent pas être synthétisés dans les cellules humaines;doivent être apportés par l’alimentation.
Du point de vue du métabolisme
les aa non indispensables proviennent
des interrelations métaboliques
Constitution des protéines Métabolisme
I. Généralités sur les acides α aminés
Les acides α-aminés
II. Structure et importance des acides α-aminés
Glycine
Glycine : plus petit des acides aminés
Chaîne latérale est réduite à sa plus simple expression, un
atome d’hydrogène
Seul acide aminé sans carbone asymétrique;
Il confère à la chaîne polypeptidique une grande flexibilité
La glycine est le principal acide aminé de la canne à sucre. Elle est utilisée enrecherche biochimique.
De nombreuses études ont démontré les propriétés pharmacologique comme :
Antiride, réparation des cellules endommagées, …
Les acides α-aminés
II. Structure et importance des acides α-aminés
Glycine
Alanine
Alanine: C’est l’homologue supérieur de la glycine,
présent dans la plupart des protéines.
H = -CH3
Fonction importante transfert azote des tissus périphériques
jusqu’au foie;
Aide le métabolisme du glucose (énergie);
Autres propriétés biologiques confirmées
Les acides α-aminés
Valine
Leucine
Isoleucine
• Les Chaînes latérales de ces 3 acides aminés sont
ramifiées et relativement rigide. Elles jouent un rôle
charnière lors de l’établissement de la structure tertiaire
de la protéine.
II. Structure et importance des acides α-aminés
Valine
Propriétés bilogiques: métabolisme musculaire;
traitement des maladies du foie;
…
Les acides α-aminés
Valine
Leucine
Isoleucine
• Les Chaînes latérales de ces acides aminés sont
ramifiées et relativement rigide. Ils jouent un rôle
charnière lors de l’établissement de la structure tertiaire
de la protéine.
II. Structure et importance des acides α-aminés
Leucine
Nécessaire à la croissance et au maintien du taux d’azote;
Optimise la récupération musculaire;
…
Les acides α-aminés
Valine
Leucine
Isoleucine
• Les Chaînes latérales de ces acides aminés sont
ramifiées et relativement rigide. Elles jouent un rôle
charnière lors de l’établissement de la structure tertiaire
de la protéine.
II. Structure et importance des acides α-aminés
Isoleucine: Isomère de la leucine
Endurance (footballeurs américains)
Indispensables à la formation de la masse musculaire;
…
Les acides α-aminés
Sérine
Thréonine
II. Structure et importance des acides α-aminés
Sérine: version hydroxylée de l’alanine
Thréonine: analogue supérieur de alanine
Ils Entrent dans la composition de la plupart des
protéines, interviennent dans la Régulation de
l’activité des protéines et Contrôlent l’activité
de certains enzymes
Les acides α-aminés
Cystéine
La cystéine joue un rôle important dans la conformation
dans l’espace des protéines.
II. Structure et importance des acides α-aminés
La cystéine fonctionne comme un antioxydant
important dans la désintoxication de toxines nocives
(radiations, vieillissement, …).
Méthionine
Méthionine: Utilisation comme complément diététique.
Rôle spécifique dans le complexe d’initiation de la
biosynthèse
Antioxydant puissant et bonne source de soufre;
Les acides α-aminés
Acide aspartique
Asparagine
Acide glutamique
Glutamine
II. Structure et importance des acides α-aminés
• Les deux aa acides jouent un rôle important dansles réactions de transamination.
Ac aspartique: Abondant dans la canne à sucre etbetteraveAc glutamique: plus fréquent des aa. Originevégétale et animale
•Asparagine, Glutamine: impliquées dans letransport et la mise en réserve de l’azote,
Deux acides aminés acides et leur amides
Les acides α-aminés
Lysine
Arginine
Histidine
Lysine: Aa essentiel nécessaire à la croissance
Arginine: Origines végétale et animale. essentiel pour les adolescents
Histidine: Acide aminé essentiel. Impliqué dans la croissance et dans la réparation des tissus
II. Structure et importance des acides α-aminés
Les acides α-aminés
Phénylalanine
Tyrosine
Tryptophane
II. Structure et importance des acides α-aminés
Proline
Phénylalanine: Aa essentiel retrouvé dans la plupart desprotéines. Nécessaire à la croissance et au maintien du tauxd’azote.
Tyrosine: Précurseur de biomolécules comme l’adrénaline, lathyroxine, la mélanine. Sert au dosage des protéines dans lesliquides biologiques.
Tryptophane: aa essentiel. Provient de l’hydrolyse desprotéines dans le tube digestif
Proline: C’est le seul acide aminé dont la fonction amine est secondaire. Elle se retrouve dans le collagène.
Les acides α-aminés
Les acides aminés sont des unités structurales de base des protéines.
III. Importance biologique (2)
Les acides α-aminés
III. Importance biologique (2)
Déterminent la structure et la fonction des protéines
Nature, ordre d’enchaînement, rapports spatiaux
Même type d’acides aminés mais
protéines ayant des fonctions différentes:
due à l’enchaînement, des spatiaux, …
Les acides α-aminés
III. Importance biologiqueSubstrats énergétiques
glucose, les ac. Gras, corps cétoniques
Acides aminés glucoformateursAcides aminés cétogènesAcides aminés glucoformateurs et cétogènes
Les acides α-aminés
III. Importance biologique
Métabolique: précurseurs plus ou moins direct des molécules d’intérêt biologique
hormones, neurotransmetteurs, acides nucléiques…
Les acides α-aminés
Plusieurs critères de classification
Plus utile celle basée sur la polarité de la chaine latérale (détermine leur
interaction avec l’eau à un pH voisin de la neutralité).
Quatre groupes: les acides aminés apolaires, polaires, acides et basiques
Autres classifications: aa à groupement aliphatique (Ala, Val, Leu et Ile) ,
aa soufrés (Cys, Met)
aa à chaîne latérale aromatique (Phe, Tyr, Trp).
IV. Classification des acides α-aminés
Les acides α-aminés
Sept groupes d'aminoacides peuvent être définis par rapport à leurs chaînes latérales :
Groupe 1 : acides aminés aliphatiques
IV. Classification des acides α-aminés
Les acides α-aminés
Sept groupes d'aminoacides peuvent être définis par rapport à leurs chaînes latérales :
Groupe 2 : acides aminés aromatiques
Tryptophane
Phénylalanine (Phe, F) Tyrosine (Tyr, Y)
Tryptophane (Trp, W)
IV. Classification des acides α-aminés
Les acides α-aminés
GROUPE 3 : acides aminés dicarboxyliques et leurs amidesLa chaîne latérale contient un groupement carbonyle libre ou sous forme d'amide.
Acide aspartique (Asp, D)
Asparagine (Asn, N)
Acide glutamique (Glu, E)
Glutamine (Gln, Q)
IV. Classification des acides α-aminés
Les acides α-aminés
Groupe 4 : acides aminés dibasiques
La chaîne latérale contient une fonction amine qui porte sous la forme acide conjuguée une charge positive.
Lysine (Lys, K)
Arginine (Arg, R)
IV. Classification des acides α-aminés
Les acides α-aminés
Groupe 4 : acides aminés dibasiquesLa chaîne latérale contient une fonction amine qui porte sous la forme acide conjuguée une charge positive.
Histidine (His, H) : groupement imidazole
IV. Classification des acides α-aminés
Les acides α-aminés
Groupe 5 : acides aminés alcoolsLa chaîne latérale contient une fonction alcool. Les groupes OH ne sont pas ionisables.
Groupe 6 : acides aminés soufrésLa chaîne latérale contient un atome de soufre.
Cystéine (Cys, C) : groupement thiol
Méthionine (Met, M)
IV. Classification des acides α-aminés
Les acides α-aminés
La cystéine se retrouve dans les protéines également sous forme de cystine. Elle est obtenue par
condensation de deux cystéines.
Elle est souvent retrouvée dans les protéines
secrétées dans lesquelles elle relie deux chaÏnes
olypeptidiques entre elles ((insuline,
immunoglobuline).
IV. Classification des acides α-aminés
Les acides α-aminés
Groupe 7 : iminoacideL'amine de l'acide aminé est une amine secondaire (imine).
Proline (Pro, P) :
IV. Classification des acides α-aminés
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
1. Asymétrie2. Propriétés optiques3. Absorption moléculaire4. Polarité - hydrophilie5. Propriétés ioniques
1. Asymétrie
Propriété d'un objet à trois
dimensions non superposable à son
image dans une symétrie par rapport
à un plan. Les acides aminés
comportent au moins un carbone
asymétrique (Elles sont appelées
molécules chirales).
Exp: Glycine.
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
1. Asymétrie
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
Détermination de la forme L ou D: Cα depuis son atome H:
CO-R-N dans le sens horaire pour un L-α-aminoacide
N-R-C0 forme D
1. Asymétrie (Représentation de Fisher)
Convention: Fonction amine orientée
à gauche => série L (Left).Convention: Fonction amine orientée à
droite => série D
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
Les acides aminés des protéines des Animaux et des Végétaux appartiennent à la série L
aa naturels sont tous de configuration “L” selon la convention de Fischer.
Certains acides aminés possèdent 2 C* donc 4 stéréoisomères
Cependant, seule une forme isomère se retrouve dans les protéines naturelles
L-Thréonine D-Thréonine D-allo-ThréonineL-allo-Thréonine
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
1. Asymétrie (Représentation de Fisher)
2. Propriétés optiques
Les molécules asymétriques dévient la lumière polarisée: ils sont optiquement actives*.
Le pouvoir rotatoire d’une molécule peut être mesure en utilisant un polarimètre ou
calculé (solution) en utilisant la formule ci-dessous:
= pouvoir rotatoire
Loi de BIOT : A° = [a]tl x C x l
A° = rotation observée en degrés
[a]tl = le pouvoir rotatoire spécifique d’un aa
à une température T (25°C) et à une
longueur d’onde l (589,3 nm, raie D du sodium)
exprimé en °.ml/g/dm
C = la concentration de l’acide aminé en g/ml
l = le trajet optique en dm
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
La L alanine est dextrogyre(dévie la lumière polarisée à
droite)
La L leucine est lévogyre(dévie la lumière polarisée à
gauche)
Le seul acide aminé dont la structure est symétrique.
=> pas de pouvoir rotatoire
Pas de C asymétrique
2. Propriétés optiques
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
La série (L,D) ne désigne pas le sens dans lequel une solution d’acide
aminé dévie le plan de polarisation de la lumière.
Les acides aminés ont une importante absorption aux longueurs d’ondes
inférieures à 230 nm. Certains absorbent entre 250 – 300 nm (acides aminés
possédant des noyaux phényle ou indole etc.)
Cystine 240 nm
Phenylalanine 260 nm
Tyrosine, Tryptophane 280 nm
2. Propriétés optiques
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
Propriétés utilisées pour dosage spectrophotométrique des protéines ; évaluation quantitative des protéines dans la bande 280 nm
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
3. Propriétés ioniques
Les acides aminés possèdent deux groupements ionisables: Fonction amine (NH3+), et
une fonction carboxyle (COOˉ). Ce qui leur confère leur nature dipolaire, base de stabilité
des cristaux qu’ils forment à travers les interactions ioniques.
Représentation de Bronsted: évolution des charges
pK1 (pKa): 2 pH 3; dissociation carboxylique [-COOH en -COO-]
pK2 (pKb): pH≈ 10; dissociation du groupement [NH3+ en -NH2]
Equation Henderson-Hasselbalch
pHi = 1/2 (pKa+ pKb)
3. Propriétés ioniques
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
Entre les deux constantes de dissociation, il existe un point isoélectrique noté pHi.
Ces différentes formes permettent de tracer la courbe de titration de l’aa
3. Propriétés ioniques
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
Courbe de titration d’un ac am mono amine et mono acide
1. début de la titration: prépondérance la forme doublement protonée (FDP)
2. concentration égale entre les formes COOˉ et NH3+ et la forme doublement protonée (pka)
3. Disparition progressive de la FDP jusqu’à un pH ou seul le dipôle chargé positivement et négativement est présent (pHi)
4. Ce dernier commence par disparaitre au profit de la forme COOˉ et NH2 en passant par l’égalité des deux formes en concentration (pkb)
5. fin de la titration seule la forme doublement basique subsiste.
3. Propriétés ioniques
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
Les acides α-aminé et α-carboxylé, mono
aminé et mono carboxylé ont une courbe
de titration similaire á celle de l’alanine.
Contrairement aux ac am ayant un radical
hydrolisable.
Courbe de titration de la glycine
3. Propriétés ioniques
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
Les acides α-aminé et α-carboxylé,
mono aminé et mono carboxylé ont
une courbe de titration similaire á celle
de l’alanine.
3. Propriétés ioniques
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
Lorsque le radical -R de l’acide aminé comporte des groupes ayant des propriétés
acido-basiques, on définit alors une troisième constante appélée pKR:
constante d’ionisation du radical –R
Lorsque le radical -R comporte des groupes ionisables, une troisième constante est
définie pKR: Constante d’ionisation du radical –R
3. Propriétés ioniques
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
3. Propriétés ioniques
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
Identifier lesdifférentes formesioniques de la titrationde l’acide glutamique
3. Propriétés ioniques
Les acides α-aminés
IV. Propriétés physiques des acides α-aminés
Courbe de titration de l’histidine
1. Réaction avec la ninhydrine
Les acides α-aminés
V. Réactions de mise en évidence des ac am
Les acides α-aminés
2- Propriétés liées au groupement [–COOH]
Décarboxylation
Catalysée par la décarboxylases
Conduit à la formation d’une amine
V. Réactions de mise en évidence des ac am
Les acides α-aminés
VII. Propriétés chimiques des acides α-aminés
a- Propriétés liées au groupement [–COOH]
Estérification
Utilisée pour séparer les acides aminés en phase gazeuse et en phase liquide en produisant
des dérivés ester
Les acides α-aminés
V. Propriétés chimiques des acides α-aminés
a- Propriétés liées au groupement [–COOH]
R-CH-CO-NH-R’ + H2O
NH2
R-CH-COOH + H2N-R’
NH2
Formation d’amide (liaison peptidique)
Ac. aminé amine Amide par liaison peptidique
a- Chromatographie d’exclusion sur gel
VI. Quelques méthodes de séparation et d’identification des aa
Phase stationnaire (gel) poreuse
Séparation suivant la taille des molécules
Les acides α-aminés
séparation fonction de taille;
Système composé de éluent
et phase stationnaire.
(gel composé de billes poreuses
capable de retenir ou non les
molécules.
Les acides α-aminés
b- Chromatographie échangeuse d’ions
VI. Quelques méthodes d’identification et de séparation des aa
-+-+-+
-+
NaCl
Echange de cations sur CM
-+
-+
-+
-+
-+
-+
-+
-+
-+
-+
-+-+
-+
-+
NaCl
-+
-+
---
-
--
--
-
-
-
-
Echange d’anions sur DEAE- cellulose
Dépôt Lavage ElutionDépôt Lavage Elution
Les échangeurs d’ions sont des macromolécules insolubles portant des groupements
ionisables, qui ont la propriétés d’échanger de façon réversible certains de leurs ions, au
contact d’autres ions provenant d’une solution.
Les acides α-aminés
b- Chromatographie échangeuse d’ions
VI. Quelques méthodes d’identification et de séparation des aa
A pH acide, les acides aminés sont
chargés positivement mais diffère le
radical R;
Les acides aminés à charge positive se
lient à la phase stationnaire et migrent
lentement;
Les acides aminés ayant moins de
charge positive migrent rapidement.
+++
+
+
++
+
Les acides α-aminés
c- Chromatographie d’affinité
VI. Quelques méthodes d’identification et de séparation des aa
Permet de séparer un composé en utilisant des interactions biologiques entre un
ligand spécifique
Les acides α-aminés
d- Chromatographie sur Couche Mince (CCM)
VI. Quelques méthodes d’identification et de séparation des aa
Permet la séparation des acides aminés entre deux
phases:
Phase stationnaire: couche mince de silice ou
de cellulose
Phase mobile: éluent ou système de migration
Révélation à la ninhydrine et identification par
comparaison avec des témoins.
Les acides α-aminés
d- Chromatographie Liquide Haute Pression (HPLC)
VI. Quelques méthodes d’identification et de séparation des aa
Permet le dosage qualitatif et quantitatif desmacromolécules
EVALUATION 1
1. Parmi les propositions suivantes concernant la stéréochimie des acides aminés,laquelle est inexacte?
a. Tous les acides aminés naturels sont chiraux, excepté la glycineb. Les protéines humaines sont constituées d’acides aminés de configuration Lc. Tous les acides aminés, sauf la glycine, ont deux stéréoisomèresd. La thréonine possède deux atomes de carbones asymétriquese. Un mélange équimolaire de deux énantiomères est optiquement inactifs
2. Lequel des acides aminés suivant est porteur de la plus grande charge négative à pH physiologique
a. Alanineb. Glycinec. Histidined. Argininee. Acide glutamique
EVALUATION 1
3. Quels acides aminés possèdent une fonction hydroxyle sur leur chaîne latérale?
a. Cystéineb. Sérinec. Thréonined. Méthionine
4. Parmi les acides aminés suivants, quel est celui dont la charge nette est égale à +1 à pH 7?
a. Alanineb. Acide aspartiquec. Histidined. Lysinee. Sérine
LES PROTEINES
2ème partie
Les protéines
Les protéines sont des polymères linéaires d’acides aminés unis par une liaison amide , dite liaison peptidique,
Généralités
Exemple de l’insuline
Les protéines
• Deux acides aminés unis par une liaison peptidique forment un dipeptide
• Trois acides aminés: tripeptide
• Un petit nombre: oligopeptide
• Quelques dizaine (n < 100) : polypeptide
• Au-dela (n > 100): protéine
Généralités
Par convention, la représentation des peptides commence par l’aa N-terminal
avec le groupe NH2 libre et se termine par le groupe carboxyle libre
appelé aa C-terminal.
• Tous les acides aminés sont engagés dans deux liaisons peptidiques:1. Par le groupement aminé avec le précédent2. Par le groupement carboxyle et le suivant
Ils perdent leur identité d’acides aminés et sont donc appelés résidus
Les protéines
Généralités
Les protéines
Généralités
Par convention, une chaîne polypeptidique s’écrit de la gauche vers la droite en commençant par l’aa N-terminal et en finissant par l’aa C-terminal
a. Dessiner un zigzag avec le groupement aminé N-terminal à gauche
b. Placer les Cα, les CO et les N
c. Puis les chaînes latérales de part et d’autre du zigzag
Les protéines
Importance Biologique
Ce sont des molécules biologiques de première importance
• Quantitative: elles constituent plus de la moitié du poids sec des cellules
• Qualitative: elles participent à presque (toutes) les fonctions cellulaires
Leurs rôles sont multiples:
Pas de biomolécules qui aient autant de fonctions cellulaires
Pas de fonctions cellulaires qui échappent aux protéines
Les protéines
Importance Biologique
Protection
Régulation
mOuvement
Transport
Energie
Influx
Nerveux
Enzymes
Structure
Protection: e.g. des anticorps de l’immunité humorale.
Virus VIH
Sans anticorps Avec anticorps
Mb Cell LT4
Marqueur CD4
Fusion et multiplication du virus dans la cellule
Formation de complexe immuns GP12/Ac GP12
Ac GP121
Fusion impossible du VIH av LT4, multiplication du virus bloquée
Les protéines
Importance Biologique
Protection
Régulation
mOuvement
Transport
Energie
Influx
Nerveux
Enzymes
Structure
Régulation: les protéines participent à la communicationintra- et intercellulaire.
Les protéines
Importance Biologique
Protection
Régulation
mOuvement
Transport
Energie
Influx
Nerveux
Enzymes
Structure
mOuvement: e.g. de l’actine et la myosine qui sont des
protéines de la contraction musculaire.
Les cellules formant les muscles sont remplies de ces deux molécules.
Les protéines
Importance Biologique
Protection
Régulation
mOuvement
Transport
Energie
Influx
Nerveux
Enzymes
Structure
Transport: e.g. de l’hémoglobine et des lipoprotéines
Les protéines
Importance Biologique
Protection
Régulation
mOuvement
Transport
Energie
Influx
Nerveux
Enzymes
Structure
Energie: les protéines sont des réserves d’acides aminés
en tant que substrats énergétiques e.g. l’ovalbumine du
blanc d’œuf,
Influx Nerveux: e.g. la rhodopsine
Les protéines
Importance Biologique
Protection
Régulation
mOuvement
Transport
Energie
Influx
Nerveux
Enzymes
Structure
Enzymes: e.g. dans la conservation et la perpétuation de la structure
vivante, ces catalyseurs de la réaction biochimique ont une place
primordiale. La plupart des réactions chimiques qui se déroulent dans la
cellule sont catalysées par des protéines spéciales: les enzymes
Structure: e.g. les protéines soutiennent et protègent les
structures biologiques: e.g. le collagène du tissu conjonctif animal,
Les protéines
Classification
La classification des protéines se fait selon plusieurs critères:
Selon leur composition
•Holoprotéines: la molécule n’est composé que d’acides aminés
• Hétéroprotéines: la molécules comporte en plus une partie non protéique
(groupement prosthétique): glucides, lipides, acides nucléiques, ions
métalliques…
Les protéines
Classification
• Protéines globulaires
- leur rapport axial est inférieur à 10: elles sont sphéroïdes
- elles sont solubles dans l’eau
La classification se fait selon plusieurs critères:
• Protéines fibreuses
- leur rapport axial est supérieur à 10: elles sont filiformes
- elles sont insolubles dans l’eau
• Protéines mixtes
- mi-globulaires mi-fibreuses (e.g. la myosine)
Selon leur forme globale
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
La liaison peptidique s’établit par élimination d’une molécules d’eau entre legroupement carboxyle d’un acide aminé et le groupement aminé de l’acide aminésuivant:
Dans un peptide
les Liaisons entre acides aminés se fait dans n’importe quel ordre;
Pas de règle théorique ou empirique déterminant l’enchaînement des aa;
Pas d’incompatibilité de liaison;
Pas de spécificité de liaison;
Nbre des arrangements linéaires possible de n résidus d’aa est maximum.
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en acides aminés
Méthodes chimiques
1- Hydrolyse acide
2- Détermination de l’acide aminé N-terminal
a- Réaction au dinitrofluorobenzène (DNFB): Réaction de Sanger
b- réaction aux phenylthioisocyanate (PTIC): Réaction d’Edman
c- réaction de dansylation (DNS-Cl)
3- Détermination de l’acide aminé C-terminal
L’hydrazinolyse
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de l’acide aminé terminal
1- Hydrolyse acide
Elle est réalisée par l’action d’un acide fort à chaud (HCl 6N à 105°C pdt 24-72 h) sur le peptide.
Il existe plusieurs Inconvénients
les liaisons stériquement encombrées ;
la destruction partiel de certains acides aminés comme la Methionine, la Sérine et
le Thryptophane;
les résidus Asn et Gln sont transformés en acides correspondants ;
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en aa
Détermination de l’aa N-terminal des peptides
Après hydrolyse total par HCl on obtient tous les aa libres et l’aa N-terminal
Sous forme de dinitrophenyl-aa (DNP-aa)
Action du fluoro-1,4-dinitrobenzène sur le groupement aminé d’un aa
2- Détermination de l’acide aminé N-terminal:
a. Réaction au dinitrofluorobenzène (DNFB)
Première séquence: hormone peptidique, PM 6000, Insuline (Sanger)
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en aa
Réaction de Sanger (1945)
fluorodinitrobenzène dinitrophenyl-aa
(jaune)
Détermination de l’aa N-terminal peptide ≤ 80 aa
Obtention du phenylthiohydantoïne-aa
Hydrolyse acide sans effet:
peptide (n-aa)-1 + PTH-aa
Réaction de Edman
2- Détermination de l’acide aminé N-terminal:
b- réaction aux phenylthioisocyanate (PTIC)
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en aa
NCH
3 CH3
S OO
Cl
CH
N
R
HH
COOH
NCH
3 CH3
S OO
N
CH
H
R
COOH
+
Cl- de dansyl aafluorescent
DNS-Cl: réagit avec la fonction amine pour donner des dérivés sulfonamidesfluorescents
2- Détermination de l’acide aminé N-terminal:
d- réaction de dansylation (DNS-Cl)
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en aa
3- Détermination de l’acide aminé C-terminal:
a- L’hydrazinolyse
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en aa
Méthode chimique qui consiste à traiter le peptide par l’hydrazine à 100°C
Les liaisons peptidiques sont rompues et les aa apparaissent sous forment
d’hydrazides
(H2N-CH-CO-NH-CH-CO)n-HN-CH-COOH + H2N-NH2
R R R’
RR
H2N-CH-CO-NH-CH-CO-NH-NH2 + H2N-CH-COOH
R’
Hydrazide Aa C-terminal libre
Méthodes enzymatiques
1. Détermination de l’acide aminé C-terminal
La carboxypeptidase A (Peptidyl-L-amino-acide-hydrolase)
La carboxypeptidase B
2. Détermination de l’acide aminé N-terminal
Les aminopeptidases
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en aa
3- Détermination de l’acide aminé C-terminal:
b- Méthodes enzymatiques
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en aa
• La carboxypeptidase A (Peptidyl-L-amino-acide-hydrolase) extraite du pancréas
est la plus utilisée.
• Elle attaque les liaisons C-terminales, sauf celles du glycocolle et des acides aa
basiques
• Ces derniers peuvent être libérés par la carboxypeptidase B, extraite du pancréas
• Les aminopeptidases permettent d’éliminer l’acide aminé N-terminal.
3- Hydrolyse des séquences peptidiques intrachaînes
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en aa
Méthodes enzymatiques
• Trypsine
• Chymotrypsine
Méthodes chimiques• N-bromosuccinamide• Bromure de cyanogène• Acide performique
Les protéines
3- Hydrolyse des séquences peptidiques intrachaînes
Méthodes enzymatiques
Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en aa
Trypsine: enzyme pancréatique, catalyse l'hydrolyse des liaisons peptidiques dans
lesquelles la fonction carboxyle est fournie par la lysine ou l'arginine
Chymotrypsine : enzyme pancréatique à spectre large, attaque de préférence, les
liaisons auxquelles participe le carboxyle d’un aa aromatique (Phe, Trp et Tyr) et à
un moindre degré la Leu, Met, Asn, Glu.
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Liaison peptidique et structure primaire
Détermination de la composition en aa
3- Hydrolyse des séquences peptidiques intrachaînes
Méthodes chimiques
Les méthodes chimiques complètent souvent les méthodes enzymatique. Les
méthodes chimiques sont généralement fondées sur une oxydation.
N-bromosuccinamide: coupure des liaisons incluant le –CO de Tyr et Trp
Bromure de cyanogène: rupture de la liaison adjacente à la Met
Acide performique: rupture des ponts disulfure . Transforme Cys et Cystine en ac. cystéique
Méthodes de séparation des peptides
L’isolement des peptides peut se faire par des techniques diverses:
Précipitations au point isoélectrique (solubilité minimale)
Extractions sélectives par certains solvants
La purification peut être effectuée par des méthodes très variées:
Cristallisation
Distribution à contre courant
Chromatographie à contre courant
Chromatographie d’adsorption, de partage, échange d’ions, électrophorèse
Les protéines
Liaison peptidique et structure primaire
Les protéines
Structure secondaire
Une structure secondaire est la configuration spatiale d’une séquence courte de la chaîne polypeptidique (sur 10 à 20 résidus)
Une même protéine peut avoir plusieurs structures secondaires
Dans une structure secondaire donnée, les angles ont des valeurs répétitives d’un résidu à l’autre
Les structures secondaires sont stabilisées par des liaisons hydrogène formées à intervalles réguliers à l’intérieur de la chaîne ou entre deux chaînes voisines
Les trois formes principales de structures secondaires sont:
- l’hélice α- le feuillet plissé β- et le coude β
Les protéines
Structure secondaire
L’hélice α
• La chaîne polypeptidique s’enroule autour d’un
axe hypothétique selon une hélice droite.
• Structure stabilisée par des liaisons hydrogènes
intrachaînes, unissant l’atome d’oxygène du –CO de
la nième liaison peptidique et l’atome d’hydrogène du
-NH de la (n+3)ème liaison peptidique
• La largeur de l’hélice est de 0,5 nm, son pas de
0,54 nm et il y a 3,6 résidus par pas
Les protéines
Structure secondaire
Le feuillet plissé β
• Le brin β est étiré en accordéon (les atomes de carbones α sont tour à tourlégèrement au-dessus et au-dessous du plan du feuillet β), les chaînes latéralesétant rejetées tantôt vers le haut, tantôt vers le bas
• Deux brins β - fragments d’une même chaîne polypeptidique s’associent pourformer un feuillet plissé par des liaisons hydrogènes unissant l’atome d’O du COet l’atome d’H du –NH des liaisons peptidiques face à face.
Les protéines
Structure secondaire
Le coude β
• Les hélices α et feuillets plissés β étant des structures linéaires, leurs chaînes
polypeptidiques forment des boucles ou elles changent de directions, pour qu’elles
puissent se formés dans les protéines globulaires.
• Formé de 4 résidus, il implique la formation
d’un pont hydrogène unissant l’atome d’O du –
CO de la iéme liaison peptidique et l’atome d’H
du –NH de la (i + 2) liaison peptidique en
direction de l’extrémité C-terminal (entre 2 liaison
peptidiques, donc 2 résidus entiers).
Les protéinesStructure secondaire
Le coude β
• Les hélices α er feuillets plissés β étant des structures linéaires, leurs chaînes
polypeptidiques forment des boucles ou elles changent de directions, pour qu’elles
puissent se formés dans les protéines globulaires. Le coude β est le type de boucle
plus courant
Proline: sa structure cyclique fait prendre à
la chaîne un virage en épingle à cheveu
Glycocolle: petit aa peut se tassé ds le peu
de place du coude
Les protéines
Structure secondaire
Structures super-secondaires
Ce sont des successions de structures secondaires plus fréquentes .
• Motifs αα
- hélice-tour-hélice: hélices α sont liées par une boucle
- hélice-boucle –hélice: hélices α liées par une boucle
Les protéines
Structure secondaire
Structures super-secondaires
• Motifs ββ
- épingles à cheveux β-β: 2 brins βantiparallèles liés par un coude
- clé grecque β: des brins β nonadjacents dans la structure primaires’associent en feuillets
• Motifs mixtes
- Motif βαβ: 2 brins parallèles formantfeuillet sont reliés par une hélice α
- Motif ββα: des protéines dites à doigtde Zinc, maintenu par la liaison du zincà des résidu cystéine et histidine
Les protéines
Structure tertiaire
Elle se définie par le repliement sur elle-même de la chaîne polypeptidique
• La chaîne forme une pelote de telle sorte que: les chaînes latérales polaires
(hydrophiles) des résidus, soient tournées vers l’extérieur au contact du milieu
aqueux et les chaînes latérales non polaires (hydrophobes) vers l’intérieur;
• Cette structure est stabilisée par des liaisons entre chaînes latérales de résidus
éloignés dans la structure primaire :
- liaisons covalentes: ponts disulfure entre résidus cystéine;
- liaisons non covalentes; liaisons hydrogène,
Les protéines fibreuses n’ont pas de structure tertiaire, leurs molécules
s’assemblent dans un certain état secondaire
Les protéines
Structure tertiaire
Les ponts disulfure
Deux des 20 acides aminés ont des radicaux
contenant un atome de soufre. C'est le cas de la
cystéine.
L'effet hydrophobe
Les aa dont les radicaux sont hydrophobes
ont plus d'affinité entre eux.
Quatre grands types d'interactions interviennent dans le repliement de la chaîne
Les liaisons ioniques
Les radicaux qui s'ionisent positivement forment des liaisons ioniques avec ceux
qui s'ionisent négativement.
Les liaisons hydrogène
Les protéines
Structure quaternaire
Certaines protéines sont oligomériques, ie formées de plusieurs chaînes
polypeptidiques appelées sous-unités ou protomères et dont l’organisation définit
la structure quaternaire.
Selon le nombre des sous-unités, elles sont dites: di, tri, tétramérique, …
- Sous-unités identiques: homopolymériques
- Sous-unités non identiques: hétéromériques
Cette structure est stabilisée par des liaisons hydrogènes, hydrophobes, voire
ioniques entre les chaînes latérales des résidus
La structure quaternaire est obligatoire à la fonction biologique de la protéine
Les protéines
Structure quaternaire
La structure quaternaire présente un double intérêt:
L’association-dissociation est un moyen de contrôle de l’activité de la protéine
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• Proteine kinase A dépendante de l’AMP cyclique (PKA) : Tétramère R2C2 inactif
• La fixation de l’AMPc, sur les sous-unités régulatrices R provoque ladissociation de la structure quaternaire, ce qui démasque et rend activesles sous-unités catalityques C
Les protéines
Structure quaternaire
La structure quaternaire présente un double intérêt:
L’interactivité entre sous-unités permet:
• l’effet coopératif: la fixation d’un substrat par une sous-unité modifiel’affinité des autres sous-unités pour ce même substrat
• l’effet allostérique: la fixation d’effecteur (activateurs ou inhibiteurs) surcertaines des sous-unités , dites régulatrices, modifie l’affinité des autressous-unités pour le substrat
Ces différentes propriétés confèrent à l’hémoglobine et aux enzymes allostériques la possibilité d’une régulation de leur activité