Les acides aminés

Pr JL Carré 2020

I- Généralités – Définitions

• Acide aminé ou AA = unité monomérique constitutive des

peptides et protéines

AA = monomère

peptides = oligomères ou polymères

protéines = polymères

• Masse moyenne d'un acide aminé = environ 110 Da

le plus petit = 75 (Glycocolle ou Glycine)

le plus gros = 204 (Tryptophane)

Fonction carboxylique

ionisée COOH/COO-

Fonction amine

ionisée NH2/NH3+

Chaîne latérale

H3N C H

R

C

O O

Les 2 fonctions COOH et NH2 sont représentées sous forme

ionisée, mais cette ionisation dépend du pH du milieu.

Acides aminés = molécules amphotères

qui possèdent à la fois une fonction acide (COOH) et une fonction basique (NH2)

Structure des AA

Carbone a tétraédrique lié de façon

covalente :

- à une fonction acide

- à une fonction amine

- à un Hydrogène

- à un radical R

Fonction acide

Fonction amine

(basique)

Chaîne latérale C H C O O H

N H 2

R

a

Carbone a = carbone asymétrique

existe dans tous les AA (sauf Gly où R = H)

• rôle biosynthétique

AA = précurseurs de molécules à activité biologique

• rôle énergétique : le catabolisme oxydatif des AA fournit de l’énergie et des substrats pour le cycle de Krebs (1 g glucides

ou protides = 4 kcal et 1 g lipides = 9 kca), mais ils ne sont pas stockés

à la différence des sucres et des acides gras

Rôle indirect : certains AA (Ala) donnent des substrats pour

la néoglucogénèse

Rôles des acides aminés : 3 rôles essentiels

• rôle structural : 20 AA différents entrent dans la structure des peptides et protéines (environ 100000 chez

l’homme) aux fonctions très différentes

Classification biologique

• 8 AA indispensables = non synthétisés par l’organisme

mais indispensables au fonctionnement (métabolisme,

structure…) : Val, Leu, Ile, Lys, Met, Thr, Phe, Trp

Le très lyrique Tristan fait vachement méditer Iseult

• 2 AA semi-indispensables = Arg et His

synthèse possible (chez l’adulte, pas chez l’enfant)

mais insuffisante pour couvrir les besoins

•2 AA essentiels = pouvant être remplacés par d’autres AA

Cys (remplacé par Met) : Met Cys

Tyr (remplacé par Phe) : Phe Tyr

•les autres AA (non indispensables, non essentiels) = 8

Gly, Ala, Asp, Glu, Asn, Gln, Ser, Pro

• AA aliphatiques à chaîne alkyle linéaire : Gly et Ala

• AA aliphatiques à chaîne alkyle ramifiée : Val, Leu et Ile

• AA acides (Asp et Glu) et leurs dérivés amides (Asn et Gln)

• AA basiques : Lys, Arg et His (6 atomes de C)

• AA hydroxylés : Ser et Thr

• AA soufrés : Cys et Met

• AA aromatiques : Phe, Tyr et Trp

• cas particulier de la Proline = pas de NH2 libre, fonction

amine II intégrée dans un cycle

Classification (biochimique) basée sur la structure et les

fonctions

Classification basée sur la polarité des chaînes

fonctions polaires = COOH, NH2,

OH (alcool et phénol),

SH

amide (CO-NH)

Les molécules polaires sont facilement solubles dans d'autres

solvants polaires et pratiquement insolubles dans des

solvants apolaires.

à ne pas confondre avec les fonctions ionisables :

COOH/COO-

NH2 (amine I) /NH3+ ou NH (amine II) /NH2

+

SH (fonction thiol) /S- (très faiblement ionisable)

OH (phénol) / O- (très faiblement ionisable)

• AA aliphatiques à chaîne alkyle linéaire : Gly et Ala

H2C

COOH

NH2

• Glycocolle ou Glycine Gly G

- neutre

- limite polaire/apolaire (classé ici comme polaire)

- pas de C*

- existe dans de nombreuses protéines

A partir de la classification (structure et fonctions) : étude

systématique des AA

• Alanine Ala A

- neutre, apolaire (R = CH3)

- 1 C*

- existe dans de nombreuses protéines

H3C

H3C

CH - CH

COOH

NH2

• Valine Val V

- AA indispensable

- Ramifié, hydrophobe (apolaire)

- existe en petite quantité dans les protéines

*

• AA aliphatiques à chaîne alkyle ramifiée : Val, Leu et Ile

• Leucine Leu L

- AA indispensable

- Ramifié, hydrophobe (apolaire)

- constituant important des globulines sériques

H3C

H3C

CH - CH2 - CH

COOH

NH2

*

H3C - CH

2 - CH - CH

CH3

COOH

NH2

• Isoleucine Ile I

- AA indispensable

- Ramifié, apolaire

- le plus hydrophobe des AA

- Existence de 2 C*

* *

• AA acides (Asp et Glu) et leurs dérivés (Asn et Gln)

• Acide aspartique Asp D

- Acide, polaire (fonction COOH)

- existe dans la plupart des protéines

HOOC - CH2 - CH

COOH

NH2

*

• Acide glutamique Glu E

- Acide, polaire (fonction COOH)

- Plus abondant que Asp

COOH

NH2

HOOC - CH2 - CH

2- CH

*

• Gln = le plus abondant des AA libres dans le sang

• Asn et Gln = AA à chaîne polaire neutre

= formes de transport de NH3

Acide aspartique (Asp, D) asparagine (Asn, N)

H2N - CO - CH

2 CH

COOH

NH2

amide

* HOOC - CH2 - CH

COOH

NH2

*

Acide glutamique (Glu, E) glutamine (Gln, Q)

COOH

NH2

H2N - CO - CH

2 - CH

2 - CH

amide

* COOH

NH2

HOOC - CH2 - CH

2- CH

*

• AA basiques : Lys, Arg et His (6 atomes de C)

• Lysine Lys K

- Polaire basique

- AA indispensable

H2N - CH

2 - CH

2- CH

2- CH

2 - CH

COOH

NH2

*

H2N - C - NH - CH

2 - CH

2 - CH

2- CH

NHNH

2

COOH

Noyau guanidium

H2N - C = NH - CH

2 ...

NH2

+

*

Ion guanidium

• Arginine Arg R

- Polaire basique (le plus basique des 3)

- AA semi-indispensable

• Histidine His H

- Polaire basique

- en quantité importante dans les hémoglobines

- AA semi-indispensable

NH2

COOHN

NH

CH2 - CH

*

Noyau imidazole

• AA hydroxylés : Ser et Thr

• Sérine Ser S

- Fonction alcool I

- polaire neutre (très peu ionisable)

- existe dans toutes les protéines

- phosphorylation de la fonction OH par une kinase

C O O H

N H 2

H O - C H 2 - C H

*

• Thréonine Thr T

- Fonction alcool II

- AA indispensable

- polaire neutre (très peu ionisable)

- existe en faible quantité dans la plupart des protéines

- phosphorylation de la fonction OH par une kinase

- existence de 2 C*

H3C - CH - CH

OH

COOH

NH2

* *

• AA soufrés : Cys et Met

COOH

NH2

CH - CH2 S - S - CH

2 - CH

HOOC

NH2

Forme oxydée

avec pont S-S Cystine (apolaire)

Cystéine Cys C

- polaire neutre

- existe dans les protéines

- constituant du Glutathion

- AA essentiel (remplaçable par Met)

C O O H

N H 2

- C H 2

H S - C H *

Forme réduite

avec fonction SH

• Méthionine Met M

- apolaire

- AA soufré le plus important

- AA indispensable

COOH

NH2

H3C - S - CH

2 - CH

2 - CH

*

• AA soufrés : Cys et Met

• AA aromatiques : Phe, Tyr et Trp

CH2 - CH

NH2

COOH

• Phenylalanine Phe F

- apolaire

- Absorption UV

- AA indispensable

*

• Tyrosine Tyr Y

- Fonction phénol (un peu acide)

- Polaire neutre

- Absorption UV

- AA essentiel (remplaçable par Phe)

* CH

2 - CHOH

NH2

COOHphénol *

• Tryptophane Trp W

- AA indispensable

- apolaire

- Taux faible dans les protéines

- Absorption UV

NH

CH2 - CH

NH2

COOH

Noyau indole

*

• Acide a-iminé : terme impropre

il s’agit d’une fonction amine II (R-NH) et non imine (C=N)

- seul AA à fonction amine II et sans fonction amine I

- très répandue dans les protéines (4%) et surtout le collagène

• Cas particulier de la Proline

Noyau pyrole : 4 C et 1 N

* N H

C O O H

• Proline Pro P

- apolaire

Propriétés chimiques des acides aminés

- propriétés dues à la fonction COOH : estérification

amidification

décarboxylation

- propriétés dues à la fonction NH2 : N-alkylation

N-acylation

désamination

amidification

- propriétés dues à la chaîne latérale : absorption UV

pHi

1- estérification : action d’un alcool R’-OH sur la fonction

COOH

esters = corps liquides très utilisés pour la synthèse organique des

peptides

CH

NH2

COOC2H

5RCH

COOH

NH2

R

a

+ C2H5OH + H2O

propriétés dues à la fonction COOH

ester

2- amidification = action d’1 amine R’-NH2 sur la fonction a

COOH pour former 1 amide

CH

COOH

NH2

R

a

+ R’-NH2 CH

NH2

CO-NH-R'R + H2O

Formation d’une liaison amide

• autre possibilité : amidification de la fonction COOH de la chaîne

Asp Asn (asparagine)

Glu Gln (glutamine)

Amines = termes impropres pour ces composés

Asn et Gln sont des amides

Rôle important de Asn et Gln pour le transport et élimination de NH3

3- décarboxylation

CH

COOH

NH2

R

a

R – CH2 – NH2 + CO2

amine I

(sauf pour Pro : obtention d’une amine II)

Production d’amines à rôle physiologique important :

Cys cystéamine (dans structure du CoA-SH)

His histamine (allergie)

Glu GABA (neuromédiateur)

Ser éthanolamine (lipides complexes)

Trp Tryptamine Sérotonine (neuromédiateur)

taurine

Propriétés dues à la fonction NH2

1- N-alkylation : fixation d’un résidu alkyl (= chaîne

hydrocarbonnée à n carbones CH3, C2H5,…)

Ex. fixation de 1, 2 ou 3 résidus CH3 (= méthylation) sur N

CH

COOH

NH-CH3

R

ou

CH

COOH

NH2

R

a

CH

COOH

N (CH3)

2

R

2- N-acylation = fixation d’un radical acyl (= radical d’AG)

CH

COOH

NH - CO - R'

R+ R’ - COOH CH

COOH

NH2

R

a

dérivé N-acylé

Formation d’une liaison amide

3- désamination = étape importante du métabolisme des AA

CH

COOH

NH2

R

a

R – CH2 – COOH + NH3+

R – CO – COOH + NH3 +

Acide a-cétonique

désamination oxydative

4- amidification = action d’1 acide R’-COOH sur la fonction a

NH2 pour former 1 amide

Formation d’une liaison amide

CH

COOH

NH - CO - R'

R+ R’ - COOH CH

COOH

NH2

R

a

Amidification = terme général d’une réaction entre fonctions COOH et NH2 N-acylation : fonction COOH porté par un AG

Liaison peptidique : cas particulier de liaison amide particulière entre 2 AA

Propriétés chimiques des acides aminés

- propriétés dues à la fonction COOH : estérification

amidification

décarboxylation

- propriétés dues à la fonction NH2 : N-alkylation

N-acylation

désamination

amidification

- propriétés dues à la chaîne latérale : absorption UV

pHi

Propriétés dues à la chaîne latérale : pHi

absorption UV

- pHi : notion indispensable pour comprendre le principe de :

• l’électrophorèse

• la chromatographie échangeuse d’ions

- absorption UV

coefficient d’extinction

le + élevé à 280 nm

Phe

Tyr

Trp