les acides aminés : propriétés physico-chimiques

Chapitre 2Les acides amins : Proprits

Physico-chimiquesProfesseur Michel SEVE

Anne universitaire 2011/2012Universit Joseph Fourier de Grenoble - Tous droits rservs.

UE1 : Biomolcules (1) : Acides amins et protines

Proprits Physico-chimiques des acides amins: plan

1. Ionisation, effet du pH2. Classification des acides amins3. Proprits physiques des acides amins4. Proprits chimiques des acides amins5. Proprits des chanes latrales

1. Ionisation, effet du pH

Les acides amins sont des molcules amphotres:Il peuvent agir comme des acides et comme des bases

Zwitterion

Les acides amins existent l'tat de zwitterions, c'est dire qu'ilpeuvent contenir des charges positives et ngatives par leursgroupement carboxylique charg ngativement et amin, chargpositivement et par les groupements ionisables de leurs chaineslatrales.Par dfinition: le zwitterion est une forme neutre qui possdeautant de charges positives que de charges ngatives

Titration dun acide amin

pHi

Constantes caractristiques des diffrents acides amins

Nom CodepKa du

COOH

pKa du NH3

pKa de la chane latrale

Poids Molculaire

Occurrence moyenne dans les protines

(%)Alanine ALA A 2,3 9,7 - 89,09 9,0Arginine ARG R 2,2 9,0 12,5 174,20 4,7Asparagine ASN N 2,0 8,8 - 132,12 4,4Acide Aspartique ASP D 2,1 9,8 3,9 133,10 5,5Cystine CYS C 1,8 10,8 8,3 121,15 2,8Glutamine GLN Q 2,2 9,1 - 146,15 3,9Acide Glutamique GLU E 2,2 9,7 4,2 147,13 6,2Glycine GLY G 2,3 9,6 - 75,07 7,5Histidine HIS H 1,8 9,2 6,0 155,16 2,1Isoleucine ILE I 2,4 9,7 - 131,17 4,6Leucine LEU L 2,4 9,6 - 131,17 7,5Lysine LYS K 2,2 9,0 10,0 146,19 7,0Mthionine MET M 2,3 9,2 - 149,21 1,7Phnylalanine PHE F 1,8 9,1 - 165,19 3,5Proline PRO P 2,0 10,6 - 115,13 4,6Srine SER S 2,2 9,2 - 105,09 7,1Thronine THR T 2,6 10,4 - 119,12 6,0Tryptophane TRP W 2,4 9,4 - 204,23 1,1Tyrosine TYR Y 2,2 9,1 10,1 181,19 3,5Valine VAL V 2,3 9,6 - 117,15 6,9

Non identifi X Masse molaire moyenne dun acide amin: 110 g/mol

Valeurs du pHi des principaux acides amins

Alanine 6

Arginine 11.15

Asparagine 5.41

Acide aspartique 2.77

Cystine 5.03

Acide glutamique 3.22

Glutamine 5.65

Glycine 5.97

Histidine 7.47

Isoleucine 5.94

Leucine 5.98

Lysine 9.59

Mthionine 5.74

Phnylalanine 5.48

Proline 6.30

Srine 5.68

Thronine 5.64

Tryptophane 5.89

Tyrosine 5.66Valine 5.96

pH=pHi, la charge de lacide

amin =0

Echelle dhydrophobicit de Kyte et Doolitle

Arg: -4.5 Ser: -0.8 Lys: -3.9 Thr: -0.7 Asn: -3.5 Gly: -0.4 Asp: -3.5 Ala: 1.8 Gln: -3.5 Met: 1.9 Glu: -3.5 Cys: 2.5 His: -3.2 Phe: 2.8 Pro: -1.6 Leu: 3.8 Tyr: -1.3 Val: 4.2 Trp: -0.9 Ile: 4.5

Trs hydrophile

Trs hydrophobe

2. Classification

Il existe plusieurs classifications des acides amins. Les acides amins peuvent tre groups en fonction de la nature

de leurs chanes latrales:

Aliphatiques: Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine Hydroxyls/soufrs: Srine, Cystine, Thronine, Mthionine Cycliques: Proline Aromatiques: Phnylalanine, Tyrosine, Tryptophane. Basiques: Histidine, Lysine, Arginine Acides: Acide Aspartique, Acide Glutamique

Classification en fonction de la polarit et de la charge des chaines latrales pH neutre

Charges positivement pH neutre (l'acide amin est aussi qualifi de basique) Lys, Arg, His La chane latrale de lhistidine a un pKa=6.0 Charges ngativement pH neutre (l'acide amin est qualifi d'acide) Asp, Glu Non charges pH neutre mais polaire Ser, Thr, Cys, Asn, Gln, Tyr Non charges pH neutre mais apolaire (ou hydrophobe) Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro

!

3. Proprits physiquesdes acides amins

Solubilit Couleur et absorption de la

lumire visible et ultraviolet Pouvoir rotatoire

Solubilit des acides amins

Les acides amins sont solubles dans leau, mais trs faiblement un pH autour de leur pHi , plus fortement en milieu alcalin (formation de sels)

Ils sont plus faiblement solubles dans lalcool

La solubilit dans les solvants apolaires dpend de leur chaine latrale

Coloration et absorption de la lumire

Les solutions dacides amins sont incolores La plupart des AA absorbent une < 230 nm Les AA aromatiques absorbent vers 280 nm

(ultraviolet) - Utile pour reprer la prsence de protines. - Le tryptophane est fluorescent

240 nm 260 nm 280 nm Longueur donde

Absorbance

Phe

Tyr

Trp

Pouvoir rotatoire des acides amins

20 acides amins ont un carbone asymtrique La glycine na pas cette proprit Proprit de dvier la lumire polarise

Polariseur

Tube chantillon

4. Proprits chimiques des acides amins

Ractions du COOHestrification : analyse ( butyl-TFA)

intermdiaire de synthse pept. chimiqueamidification : synthse peptidique (liaison peptidique) dcarboxylation : synthse amines biognes (ex : histamine)

Ractions du NH2N-alkylation : mthyls (ex: btane)N-arylation : analyse ( DNP avec fluorodinitrobenzne)N-acylation : synthse peptidiqueAnalyse Anhydride, halognureFormation de bases de Schiff : raction avec aldhydeDsamination, transamination

raction globaleNinhydrine (colorimtrie des acides amins)

Raction la ninhydrinedsamination oxydative

ExemplesRaction la ninhydrine

Sparation des acides aminsPrincipe de llectrophorse

Exemple de comportement en lectrophorse des acides aminsAlanine Lysine Acide Aspartique

pH=1 pH=6,5 pH=11

+

-

+

-

pHi=6,0 pHi=9,59 pHi=2,77

Sparation des acides amins par chromatographie

Sparation dun mlange Lys, Ala, Asp sur colonne dchange de cations

-

-

-

-

-

pH=1 pH=4 pH=6,5 pH=11

Alanine Lysine Acide Aspartique

pHi=6,0 pHi=9,59 pHi=2,77

+

2+

+

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

+

+ +

5. Proprits des chaines latrales

Groupement thiols Oxydation des SH: formation de ponts

disulfures Alkylation: acide iodoactique

Fonctions alcool Phosphorylation: formation dun ester

phosphate O-Glycosylation Fonctions amide N-Glycosylation

Oxydation de la cystine et formation dune cystine

HS-CH2- CHHC-CH2-SH +O2

H2O

Pont disulfure= liaison covalente

1 cystine

Participe au maintien de la structure tridimensionnelle des protines Dans la cellule, interconversion entre pont disulfure et thiols libres (contrle du potentieloxydo-rducteur intracellulaire) Le glutathion (peptide cystine) apporte une protection contre le stress oxydant enprotgeant les protines de loxydation

H2N

HOOC COOH

NH2

2 cystines

S-CH2- CHHC-CH2-S

H2N

HOOC COOH

NH2

Rduction des ponts disulfures-NH-CH-C-

CH2S

S

CH2-NH-CH-C-

2-mercaptothanol

+

-NH-CH-C-

CH2SH

SH

CH2-NH-CH-C-

HS-CH2-CH2OH+ S-CH2-CH2OH

S-CH2-CH2OH

CH2-SHCHOHCHOHCH2-SH

-NH-CH-C-

CH2S

S

CH2-NH-CH-C-

+

-NH-CH-C-

CH2SH

SH

CH2-NH-CH-C-

+ SS

OH

OH

dithiothritol

HS-CH2-CH2OH

Alkylation des cystines

Blocage des cystines lors de ltude des protines:Formation dune carboxy- amido- mthylationEmpche loxydation de la cystine

I CH2 C

O

NH2

Iodoactamide

CYS-SH+ CYS-S CH2 C NH2O

Phosphorylation des acides amins

Formation dun ester phosphate 3 acides amins peuvent tre phosphoryls: Tyr,

Ser, Thr

Exemple de phosphorylation de la tyrosine par lenzyme tyrosine kinase

O-Glycosylation

Condensation dun acide amin chane latrale hydroxyle avec un ose

Srine

N- actylgalactosamineLie la srine

O-Glycosylation

N-Glycosylation

Condensation dun acide amin chane latrale amide avec un ose

Asparagine, Glutamine

N-Glycosylation Asparagine

N-actylglucosamineLie lasparagine

Mentions lgales

Ce document a t ralis par la Cellule TICE de la Facult de Mdecine de Grenoble (Universit Joseph Fourier Grenoble 1)en collaboration avec lEquipe Audiovisuel et Production Multimdia (EAEPM) de lUniversit Stendhal de Grenoble.

L'ensemble de cette uvre relve des lgislations franaise et internationale sur le droit d'auteur etla proprit intellectuelle, littraire et artistique ou toute autre loi applicable.Tous les droits de reproduction, adaptation, transformation, transcription ou traduction de tout oupartie sont rservs pour les textes ainsi que pour l'ensemble des documents iconographiques,photographiques, vidos et sonores.Cette uvre est interdite la vente ou la location. Sa diffusion, duplication, mise disposition dupublic (sous quelque forme ou support que ce soit), mise en rseau, partielles ou totales, sontstrictement rserves luniversit Joseph Fourier (UJF) Grenoble 1 et ses affilis.Lutilisation de ce document est strictement rserve lusage priv des tudiants inscrits lUniversit Joseph Fourier (UJF) Grenoble 1, et non destine une utilisation collective, gratuiteou payante.