Transcript Les amino-acides et les protéines

Les acides aminés et les
protéines
© E.V. Blackburn, 2012
La structure des acides
aminés
L’hydrolyse de la plupart des protéines produit
environ 20 acides aminés différents.
Ces composés sont des acides ayant une fonction
amine liée à l’atome du carbone :H O
R C C
NH 2OH
un acide -aminé
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Classification des acides
aminés
• neutre- un groupe amino et un groupe carboxyle
• acide - un group amino et deux groupes carboxyles
• basique - deux groupes basiques et un group
carboxyle
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Les acides aminés neutres
Nom
Alanine
Asparagine
Cystéine
Glutamine
Glycine
Isoleucine
Leucine
Méthionine
Phénylalanine
Proline
Symbole
Structure
Ala ou A CH3CH(NH2)CO2H
Asn ou N H2NCOCH2CH(NH2)CO2H
Cys ou C HSCH2CH(NH2)CO2H
Gln ou Q H2NCOCH2CH2CH(NH2)CO2H
Gly ou G CH2(NH2)CO2H
Ile ou I CH3CH2CH(CH3)CH(NH2)CO2H
Leu ou L (CH3)2CHCH2CH(NH2)CO2H
Mét ou M CH3SCH2CH2CH(NH2)CO2H
Phé ou F C6H5CH2CH(NH2)CO2H
Pro ou P
N
H
CO2H
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Les acides aminés neutres
Nom
Sérine
Thréonine
Tryptophane
Symbole
Structure
Sér ou S HOCH2CH(NH2)CO2H
Thr ou T HOCH(CH3)CH(NH2)CO2H
CH2CH(NH 2)CO2H
Try ou W
N
H
Tyrosine
Tyr ou AY HO
Valine
Val ou V
CH2CH(NH 2)CO2H
(CH3)2CHCH(NH2)CO2H
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Les acides aminés acides
Nom
Symbole
Structure
Acide aspartique
Asp ou D
HO2CCH2CH(NH2)CO2H
Acide glutamique
Glu ou E
HO2CCH2CH2CH(NH2)CO2H
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Les acides aminés basiques
Nom
Arginine
Histidine
Symbole
Structure
Arg ou R HN=C-NH(CH2)3CH(NH2)CO2H
NH2
CH2CH(NH 2)CO2H
His ou H
N
Lysine
NH
Lys ou K H2N(CH2)4CH(NH2)CO2H
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Les acides aminés essentiels
Nous ne pouvons synthétiser que 10 de ces acides aminés.
Notre nourriture doit fournir les autres acides aminés, les
acides aminés essentiels:
Isoleucine, Leucine, Méthionine, Phénylalanine,
Thréonine, Tryptophan, Valine, Arginine, Histidine, et
Lysine.
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La stéréochimie des acides
aminés
La plupart des acides aminés naturels ont la même
configuration au niveau de l’atome de carbone :
CHO
HO
H
CH2OH
aldéhyde L-(-)glycérique
CO2H
H2N
H
CH2OH
L-(-)-sérine
CO2H
H2N
H
R
acides aminés
naturels
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Ionisation des acides aminés
RCHCO 2H
RCHCO 2-
H+
NH 2
-amino-acide
NH 3
+
zwittérion
OH-
H+
RCHCO 2H
NH 3
+
OH -
RCHCO 2NH 2
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Propriétés physiques
• ils fondent à des températures relativement
élevées avec décomposition
• ils sont très solubles dans l’eau
• ils sont insolubles dans les solvants organiques
non-polaires (p.e. l’éther)
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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.
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Les points isoélectriques
RCHCO 2H
RCHCO 2-
H+
NH 2
-amino-acide
NH 3
+
zwittérion
OH-
H+
RCHCO 2H
NH 3
+
OH -
RCHCO 2NH 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.
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Electrophorèse
• Un microdépôt de l’acide aminé (ou de polypeptide) est
placé au milieu du papier absorbant qui est humecté par
une solution tampon.
• 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.
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Synthèse des acides aminés Réaction de Hell-VolhardZelinsky
1. Br2/PBr3
CH3CH2CO2H
2. H2O
CH3CHBrCO 2H
excès
NH 3
CH3CHCO 2H
NH 2
alanine
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Synthèse des acides aminés la synthèse de Strecker
O NH 4Cl/KCN
R CH
H 2O
aldéhyde + NH3 forme une imine
imine + CN- donne l’amino-nitrile
RHC C N
NH 2
H3O+
RCHCO 2H
NH 2
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La liaison peptidique
R O
R O
R
C C N C C N C
H
H H
H 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.
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Nomenclature
En 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:
(CH3)2CH
CH3
C6H5CH2 O
CH2 O HCOH
H3NCH C NHCH C NHCHCO 2+
phénylalanylleucylthréonine
Phé-Leu-Thr
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Aspartame
• un édulcorant artificiel hypocalorique (Nutrasweet)
O
O
+
H3N-CH-C-NH-CH-C-OCH
CH2
3
CH2-C6H5
CO2-
ester méthylique de l’aspartylphénylalanine
Asp-Phé-OCH3
• dans la notation abrégée, l’extrémité ester est
signalée par -OCH3
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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.
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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:
O
S S
chaîne A
HCOOH
chaîne B
SO3H
chaîne A
HO 3S
chaîne B
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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 semiperméable
• chromatographie sur résine échangeuses d’ions
• électrophorèse
• chromatographie
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La seconde étape: quels sont les
acides aminés qui y sont présents?
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:
O
O
H 2O
+
H3N-CH-C-NH-CH-C-OH
HCl 6M
CH3
CH(CH 3)2
110o, 22hr
O
O
Ala-Val
+
+
H3N-CH-C-OH + H3N-CH-C-OH
CH3
Ala
CH(CH 3)2
Val
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Analyseur d’acides aminés
Le 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.
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Analyseur d’acides aminés
A 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 violetpoupre dont l’intensité est proportionnelle à la quantité
d’acide présent.
Sér Glu
Asp
Thr
Gly Ala
Pro
pH
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La troisième étape: l’analyse
séquentielle des acides aminés à
partir de l’extrémité amino
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.
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La dégradation de Sanger
F
NO 2
H2NCH 2CONH
NO 2
NHCH 2CONH
NO 2
NO 2
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La dégradation d’Edman
L’isothiocyanate de phényle, C6H5N=C=S, est un réactifs
qui permette d’enlever sélectivement l’acide aminé Nterminal, de manière à laisser intact le restant de la
chaîne afin que celle-ci puisse à nouveau être traitée
par ledit réactif.
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La dégradation d’Edman
O
Ph-N=C=S + H2N-CH-C-NH-Pep
R
S
O
Ph-NH-C- HN-CH-C-NH-Pep
pyridine
H2O/Me 2NPh
CF3CO2H
R
O
O
H2O/H+
+
Ph-NH
H + H3N-Pep
N R
dérivé thiazolinone
S
Ph N
CH-R
NH
S
dérivé
phénylthiohydantoïne
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L’hydrolyse sélective
La 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.
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L’aminoacide C-terminal
La carboxypeptidase est utilisée pour la coupure
spécifique de polypeptides à l’acide C-terminal.
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Un problème
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 aminoacides: 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
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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 ProGly-Arg-Sér ...
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