Revision sheet: Acides aminés et protéines

📋 Plan du Cours

1. Ionisation et propriétés des acides aminés
2. Méthodes d’étude des acides aminés
3. Dérivés métaboliques des acides aminés
4. Cycle de l’urée et élimination azotée
5. Amines bioactives aromatiques
6. Hormones thyroïdiennes
7. Peptides et liaisons peptidiques
8. Organisation et dénaturation des protéines
9. Fonctions biologiques des peptides

📖 1. Ionisation et propriétés des acides aminés

★ À maîtriser

📌 Si le pH est inférieur au pHi d’un acide aminé ou d’un peptide, le milieu riche en H+ impose une charge globale positive, notamment sous la forme NH3+–CHR–COOH.

📌 Si le pH est égal au pHi, l’acide aminé ou le peptide est globalement non chargé et adopte l’état zwitterionique NH3+–CHR–COO−.

📌 Si le pH est supérieur au pHi, le milieu pauvre en H+ impose une charge globale négative, notamment sous la forme NH2–CHR–COO−.

Compléments

📐 Formule — Pour la fonction carboxylique, la relation d’Henderson-Hasselbalch s’écrit $pH = pK + \log\left(\frac{R-COO^-}{R-COOH}\right)$.

• Les acides aminés sont solubles dans l’eau grâce aux groupements NH3+ et COO−, avec une solubilité minimale au pHi.

• Les acides aminés aromatiques, sauf la phénylalanine, absorbent entre 260 et 280 nm.

💡 Astuce mémo

pH inférieur au pHi : charge + ; pH égal : zwitterion ; pH supérieur : charge −

📖 2. Méthodes d’étude des acides aminés

★ À maîtriser

• En électrophorèse, les acides aminés déposés sur de la cellulose à pH 7 migrent dans un champ électrique selon leur charge, les plus chargés migrant davantage.

📌 En électrophorèse, les acides aminés dont le pHi est inférieur au pH du milieu migrent vers le pôle positif, tandis que ceux dont le pHi est supérieur migrent vers le pôle négatif.

• En chromatographie d’échange de cations, un support négatif retient les acides aminés positifs ; le pH est d’abord fixé vers 1,5 puis augmenté progressivement, ce qui libère les acides aminés selon leur pHi.

• En chromatographie de partage avec un solvant apolaire, les acides aminés placés sur un support polaire migrent par capillarité selon leur degré d’hydrophobicité.

Compléments

📌 En chromatographie d’échange de cations, les premiers acides aminés à se détacher sont ceux dont le pHi est très bas, notamment les acides dicarboxyliques.

📌 Dans la chromatographie de partage, plus un acide aminé possède de carbones, plus sa chaîne est hydrophobe et plus il se déplace loin du dépôt.

💡 Astuce mémo

Électrophorèse selon la charge, échange d’ions selon le pHi, partage selon l’hydrophobicité

📖 3. Dérivés métaboliques des acides aminés

★ À maîtriser

• La décarboxylation du glutamate produit le GABA, ou acide gamma-aminobutyrique, qui est un neuromédiateur inhibiteur utilisé pour soigner l’épilepsie.

• La γ-carboxylation du glutamate produit l’acide gamma-carboxyglutamique, dont les deux groupements COO− captent Ca2+ et participent à la coagulation du sang.

Compléments

• La déméthylation de la méthionine produit l’homocystéine.

💡 Astuce mémo

Glutamate → GABA ou acide gamma-carboxyglutamique ; histidine → histamine

📖 4. Cycle de l’urée et élimination azotée

🔑 Notions clés & Définitions

• Urée : L’urée est une molécule non toxique et hydrosoluble fabriquée dans le foie, transportée par le sang puis éliminée par le rein ; elle facilite l’élimination de NH3+, et sa concentration augmente lors d’une insuffisance rénale.

★ À maîtriser

• Dans le cycle de l’urée, le carbamyl-phosphate s’associe à l’ornithine pour former la citrulline, puis la citrulline conduit à l’arginine.

• L’arginase transforme l’arginine en ornithine et en iso-urée, puis l’isomérisation de l’iso-urée produit l’urée.

Compléments

• Le carbamyl-phosphate est fabriqué dans le foie et sert de transporteur actif du groupement NH2.

💡 Astuce mémo

Carbamyl-phosphate + ornithine → citrulline → arginine → ornithine + urée

📖 5. Amines bioactives aromatiques

★ À maîtriser

• La décarboxylation de l’histidine produit l’histamine.

• L’histamine est un médiateur de l’allergie stocké dans les granules des polynucléaires basophiles et des mastocytes.

• L’histamine est vasodilatatrice mais bronchoconstrictrice, augmente le rythme cardiaque et favorise les œdèmes en dilatant les vaisseaux.

• Le tryptophane est hydroxylé en 5-OH-tryptophane puis décarboxylé en sérotonine, aussi appelée 5-hydroxytryptamine.

• La sérotonine est produite dans le système nerveux et l’intestin, stockée dans les plaquettes, et intervient dans la douleur, le cycle veille-sommeil et la régulation de l’humeur.

• La tyrosine est hydroxylée en position 3 pour former la DOPA, puis la décarboxylation de la DOPA produit la dopamine.

• La dopamine est un neuromédiateur impliqué dans la motricité fine, la satisfaction, l’addiction et la dépendance ; son déficit peut provoquer la maladie de Parkinson, traitée notamment par la L-Dopa.

• La dopamine, la noradrénaline et l’adrénaline sont des catécholamines, dont les formes les plus actives sont sécrétées par la médullosurrénale.

• L’adrénaline et la noradrénaline sont des hormones du stress hyperglycémiantes qui modulent la vasodilatation ou la vasoconstriction selon les récepteurs et provoquent tachycardie, synthèse de glucose et lipolyse.

Compléments

• La sérotonine est transformée en mélatonine par N-acétylation puis méthylation ; la mélatonine est sécrétée par l’épiphyse et agit comme hormone du sommeil.

• La dopamine devient la noradrénaline par β-hydroxylation, puis la noradrénaline devient l’adrénaline par méthyltransférase sur l’amine primaire avec la SAM.

💡 Astuce mémo

Tryptophane → sérotonine → mélatonine ; tyrosine → DOPA → dopamine → noradrénaline → adrénaline

📖 6. Hormones thyroïdiennes

🔑 Notions clés & Définitions

• Hormones thyroïdiennes : Les hormones thyroïdiennes sont produites à partir de tyrosines iodées dans la thyroglobuline de la glande thyroïde et régulent le métabolisme énergétique, la chaleur, la croissance et la différenciation.

★ À maîtriser

• La MIT contient un atome d’iode, la DIT en contient deux, la T3 en contient trois et la T4 en contient quatre.

• La T4 peut être convertie en T3 dans les tissus par la 5’ désiodase tissulaire, et la T3 est la forme la plus active.

📌 L’hypothyroïdie correspond à une production insuffisante d’hormones thyroïdiennes et peut entraîner retard de croissance, retard mental, fatigue, dépression et troubles métaboliques ; son traitement repose sur un apport hormonal.

📌 L’hyperthyroïdie peut provoquer la maladie de Basedow, avec production excessive d’hormones, goitre, yeux exorbités, larmoiement, photophobie et accélération du métabolisme basal.

Compléments

• Les hormones thyroïdiennes stimulent la consommation d’oxygène, la thermogenèse, l’utilisation du glucose et la lipolyse du tissu adipeux.

• La ninhydrine colore en bleu tous les acides aminés sauf la proline et l’hydroxyproline, qui sont colorées en jaune.

💡 Astuce mémo

T3, plus active et à 3 iodes, s’oppose à T4, à 4 iodes et transformable en T3

📖 7. Peptides et liaisons peptidiques

★ À maîtriser

📌 Un peptide est une association d’environ 50 acides aminés ou moins, tandis qu’une protéine contient plus de 50 acides aminés.

• Une liaison peptidique se forme par condensation d’un NH2 avec un COOH, avec libération d’une molécule d’eau.

📌 Les holoprotéines sont constituées uniquement d’acides aminés, tandis que les hétéroprotéines associent des acides aminés à d’autres éléments.

📌 Le glutathion est formé de GLU-CYS-GLY et possède une liaison pseudo-peptidique entre le COO− γ du glutamate et le NH2 de la cystéine ; il participe aux mécanismes antioxydants contre les peroxydes agressifs.

Compléments

• L’azote représente 16 % de la masse d’une protéine et les protéines représentent 50 % du poids sec de la cellule.

• Les liaisons peptidiques sont des liaisons amides dont les atomes O, N et C sont coplanaires en raison de leur hybridation sp2, avec une absorption autour de 210 nm.

📐 Formule — Le glutathion réduit et oxydé s’interconvertissent selon la réaction $2G-SH \rightleftharpoons G-S-S-G$.

💡 Astuce mémo

Peptide : jusqu’à 50 acides aminés ; protéine : plus de 50

📖 8. Organisation et dénaturation des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Structure primaire : ordre de sa séquence d’acides aminés reliés par des liaisons peptidiques
• Structure secondaire : repliement local des acides aminés en fonction de leur nature et de leur charge, notamment en hélice alpha ou en feuillet bêta
• Structure tertiaire : La structure tertiaire est la conformation fonctionnelle globale d’une protéine, surtout globulaire, résultant de l’association de motifs secondaires et maintenue par des ponts disulfure, des liaisons ioniques, des liaisons hydrogène, des interactions hydrophobes et des liaisons datives.
• Structure quaternaire : La structure quaternaire résulte de l’association de plusieurs sous-unités protéiques, identiques ou différentes, par des liaisons faibles, et n’existe pas chez les protéines monomériques comme l’albumine.

★ À maîtriser

• Une substitution d’acide aminé peut être sans effet, entraîner une perte de fonction comme dans la drépanocytose avec E → V, ou moduler la fonction en créant différentes isoformes.

• L’hélice alpha est une hélice droite comportant 3,6 résidus par tour, avec un pas de 0,54 nm par tour et une longueur de 0,15 nm par résidu.

• L’hélice alpha est stabilisée par des liaisons hydrogène entre liaisons peptidiques et déstabilisée par la proline, les acides aminés substitués en β et les groupes ionisés rapprochés.

📌 Le feuillet bêta est formé de chaînes d’acides aminés reliées par des ponts hydrogène ; les feuillets antiparallèles sont prédominants et plus stables que les parallèles.

• La structure tertiaire délimite les domaines fonctionnels, notamment les sites de reconnaissance des ligands et les sites actifs enzymatiques souvent situés au fond d’une poche hydrophobe contenant fréquemment de l’histidine.

📌 Les protéines fibreuses sont allongées, simples et répétitives, liées par des liaisons covalentes et principalement structurales, tandis que les protéines globulaires sont complexes, maintenues par des liaisons de faible énergie et surtout impliquées dans la reconnaissance et la régulation.

📌 Le β-mercaptoéthanol dénature les ponts disulfure, les températures élevées et les pH variables rompent les liaisons hydrogène, et les forces ioniques élevées ou les pH extrêmes coupent les liaisons ioniques.

Compléments

• Dans un feuillet bêta, la distance entre deux acides aminés est de 3,5 Å et la périodicité entre les deux plans est de 7 Å.

📌 Les domaines alpha purs sont formés d’hélices alpha, les domaines alpha-bêta associent hélices et feuillets autour d’un tonneau bêta, et les domaines bêta purs comportent des structures antiparallèles à cœur hydrophobe.

📌 Les détergents comme le SDS détruisent les interactions hydrophobes et les structures quaternaires, notamment dans les protéines membranaires.

💡 Astuce mémo

Primaire → secondaire → tertiaire → quaternaire

📖 9. Fonctions biologiques des peptides

★ À maîtriser

• L’ocytocine est une hormone synthétisée par l’hypothalamus qui provoque la contraction des muscles lisses lors de l’accouchement et compte 9 acides aminés.

• L’insuline est produite par les cellules bêta des îlots de Langerhans, régule le métabolisme du glucose et est une hormone hypoglycémiante formée de deux chaînes de 21 et 30 acides aminés.

• Les endorphines sont des peptides naturellement produits par l’organisme, impliqués dans la douleur et proches de la morphine, notamment par leur action sur un récepteur opiacé.

• L’angiotensine II est un octapeptide vasoconstricteur issu du clivage de l’angiotensine I et participant au maintien de la pression artérielle et à la sensation de soif.

• Le BNP est un peptide vasodilatateur sécrété par les ventricules cardiaques, qui augmente la natriurèse et possède une boucle centrale de 32 acides aminés.

• Dans la maladie de Creutzfeldt-Jakob, des protéines endogènes changent de configuration après un stimulus interne, deviennent dangereuses, ciblent le système nerveux central et ne sont plus dégradées par les peptidases.

Compléments

• Le glucagon est un peptide de 29 acides aminés appartenant aux molécules sécrétines.

• La bacitracine est un peptide antibiotique bactérien, tandis que la pénicilline est un peptide antibiotique fongique.

• La ciclosporine A est un peptide immunosuppresseur cyclique de 11 acides aminés qui intervient dans la réponse immunitaire.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des méthodes d’étude

Méthode	Principe	Critère de séparation
Électrophorèse	Migration dans un champ électrique	Charge et pHi
Échange de cations	Rétention sur un support négatif puis élution	pHi
Chromatographie de partage	Migration entre support polaire et solvant apolaire	Hydrophobicité