les acides aminés : propriétés physico-chimiques

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  • 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.

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