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UNIVERSITE BENYOUCEF BENKHEDDA
FACULTE DE MEDECINE D’ALGER
DEPARTEMENT DE MEDECINE D’ALGER


BIOCHIMIE
1EME ANNEE
ANNEE 2015 - 2016


Acides amines, peptides et proteines.

Docteur Raaf Nabil
Docteur T albi Abir
Professeur Ait Abdelkader Belaid
Professeur Ait Hamou Nefissa
Professeur Chikouche Ammar


Plan

A- Les Acides amines

Introduction

Definition des acides amines
Structure des AA
Importance biologique
Classification: Les acides amines naturels
Nomenclature des A A
Les AA essentiels
Les autres acides amines
Proprietes physiques des AA
A- Solubilite

B- Stereochimie des acides a amines (Notation D, L)

C- Pouvoir rotatoire des AA
D- Proprietes ioniques
E- Proprietes spectrales
Proprietes chimiques des AA

A- Proprietes de la fonction carboxylique
Esterification par un alcool
Formation d’ amide (liaison peptidique)

Reaction de decarboxylation
B- Proprietes generates liees au groupe NH2

Formation d’imine « base de Schiff » : reaction avec un aldehyde
N- Acylation

Action du 1-fluoro 2,4- dinitrobenzene
Action du phenylisothiocyanate
Dansylation

Desamination, transamination

Reaction avec la ninhydrine : desamination oxydative
C- Proprietes des chaines laterales.

Methodes d’ etude des AA

Methodes basees sur la solubilite

Chromotagraphie sur Papier
Chromotagraphie sur Couche Mince
Chromatographie en phase gazeuse
Methodes basees sur la charge
Electrophorese


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Chromatographie echangeuse d’ion

HPLC

B- Les peptides

1- Definition de la liaison peptidique

2- Caracteristiques de la liaison peptidique

3- Mode de representation d’une sequence peptidique

4- Nomenclature des peptides

5- Proprietes physiques des peptides

6- Proprietes chimiques

7- Proprietes biologiques

8- Quelques exemples de peptides
C- Les proteines

1- Definition

2- Caracteristiques des proteines

3- Structure tridimensionnelle des proteines

3-1- Structure primaire
3-2- Structure secondaire
3-2-1- Helice a
3-2-2- Feuillet plisse P
3-2-3- Coude p
3-3- Structure tertiaire
3-4- Structure quaternaire

3-5- Les differents types de liaisons ou forces impliquees dans la structuration des proteines

4- Quelques differences entre les differentes formes des proteines.

5- Exemples de proteines fibreuses

5-1- Collagene
5-2- Keratine

6- Techniques d’etude des structures des proteines

7- Proprietes physico-chimiques des proteines

7-1- Masses molaires
7-2- Caractere amphotere
7-3- Solubilite

7-3-1- En fonction de la force ionique
7-3-2- En fonction du pH
7-4- Stabilite thermique des proteines
7-5- Autres proprietes

8- Determination de la structure primaire des proteines

1- Strategic generale

2- Techniques de separation et de purification

2- 1 - Ultracentrifugation

2-2- Chromatographie d’ exclusion

2-3- Chromatographie d’affinite

2-4- Electrophorese en gel de polyacrylamide (PAGE) avec SDS

2- 5- Focalisation isoelectrique

3- Fragmentation

3- 1- Determination de la composition en AA (analyse)

3-1-1- Hydrolyse chimique

3-1- 1- 1- Hydrolyse acide
3- 1-1-2- Hydrolyse alcaline
3-1-2- Hydrolyse enzymatique

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3-2- Rupture des ponts disulfures

3- 3- Coupures intra-chaine peptidique

3-3- 1- Coupures chimiques: CNBr, NBS
3-3-2 Coupures enzymatiques

4- Sequen£age

4- 1- Determination des extremites C-terminal et N-terminal par voie enzymatique.
4- 2- Determination du C-terminal par methode chimique

4- 3- Determination du N-terminal par methode chimique
4- 4- Degradation d’Edman

5- Determination de la sequence en AA

D- Metabolisme des Acides amines

1- Introduction

2- Catabolisme des Acides amines

2-1- Elimination du NH2 des AA
2- 1- 1- Transamination
2- 1-2- Desamination oxy dative
2- 2- Decarboxylation
2- 3- Catabolisme du squelette carbone
2- 4- Synthese de la glutamine (Glutaminogenese)

2- 5- Hydrolyse de la glutamine

2- 6- L’ ammoniogenese

2- 7- Le cycle de l’uree ou ureogenese

3- Biosynthese des A A

Voies de biosynthese des AA


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A- Les Acides Amines
Introduction

Les Acides amines sont les constituants fondamentaux des proteines. Plus de 300 acides amines ont ete
inventories.

Les Aa sont Synthetises par les animaux, les micro-organismes et les vegetaux.

Source :

Exogene : apport alimentaire
Endogene : catabolisme des Proteines
On distingue deux categories :

1. Les Aa naturels « standards »: 20 differents AA proteinogenes sont trouves soit dans des petits peptides (<20
Acides amines) soit formant des proteines.

2. Les autres Aa ; dont certains sont trouves a l’etat libre (ornithine et la citrulline).

Definition

Les acides aminees ou aminoacides sont des molecules
chimiques, qui possedent deux fonctions:

Une fonction acide carboxylique COOH et une fonction amine
primaire NH2;

Ces deux fonctions sont portes par un meme atome de carbone
(note a)

Les AA different par la nature de la chaine laterale R.

Structure d’un acide amine

Les AA ont un motif structural commun

Differents acides amines

Les Aa naturels: 20 Aa qui sont incorpores dans les proteines lors de la traduction (Aa standards) et d’ autres Aa,
dont certains sont des Aa modifies: hydroxyproline, hydroxy lysine, phosphoserine et d’ autres sont impliques
dans des voies metaboliques : methyl-histidine, homocysteine, acide gamma hydroxybutyrique . . .

Role des acides amines

Le role des acides amines est multiple:

Structurale : monomeres des proteines.

Energetique : substrats energetiques.

Metabolique : precurseurs de molecules d’interet biologique ou intermediaires metaboliques.

Classification des acides amines naturels

Neutre: un groupe amino, un groupe carboxyle et une chaine laterale qui est :

Aliphatique, hydroxylee, souffree, a noyau aromatique, cyclique
Acide: un groupe amine, un groupe carboxyle et une chaine laterale carboxylee
Basique: un groupe amine, un groupe carboxyle et chaine laterale basique

Aliphatique


< „ « j

i 1 | » | * f

R : Rad

cal ou chaine laterale,

Partie v

ariahle des AA.


c



a


Groupe amine


H


COOH



Groupe carboxyle



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coo


h 3 n-c-h


H

Glvcine


H, + N


COO"

I

C-H

I

CH 3

Alanine


COO'

I

h 3 t n-c-h

I

CH

/ \

h 3 c ch 3

Valine


coo -

I

H 3 N— C— H

I

CH 2

CH
/ \

CH


H 3 C


Leucine


COO*

H 3 *N— C— H

I

CH
/ \

H,C CH,

I

CH,

Isoleucine


Aa Hydroxyles


Aa souffres


COO

♦ '

H, N — C— H

I

CH 2 OH

Serine


COO"

+ '

H, N — C— H
I

HC-OH

I

CH 3

Threonine


h 3 *n


coo -

H 3 *N — C — H
I

CH,

SM

Cysteine


COO“

I

-C— H
I

ch 2

I

ch 2

I

s

I

ch 3

Methionine


Aa diacides et leurs amides

h 2 h

H O OC — C — C — COO

I +
nh 3

Acide aspartique


Ho Ho H

HOOC-C-C-C-COO

I +

NH 3

Acide glutamique


Ho H

HoN — C — C — C — COO

" 1 +

o nh 3

Asparagine

Ho Ho H

HoN — C — C — C — C — COO

II I +

o nh 3

Glutamine


Aa basiques


h 2 h 2 h


h 2 h 2 h 2 h


HN— C — C — C — COO HoC-C-C-C-C-COO


I


I

NH


h 2 n=ch ,^m 3

NH 2 Arginine


I

H 3 N


I

NH


Lvsine



Remarque

1 - Proline: Acide imine a chaine laterale
cyclique)



O-

N

H 2

Proline


2- Selenocysteine: Acide amine avec du selenium a la
place du souffre; entre dans la constitution de certaines
enzymes (glutathion peroxydase).


H 3 + N-


coo*

C00* + I

-C— H

I

ch 2

I

Se~

Classiflcation selon la polarite de la chaine laterale R a pH neutre
1 ) Polaires


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Non ionisables : Non chargees a pH neutre

Serine, threonine, asparagine, glutamine, cysteine et tyrosine.

Ionisables :

Chargees negativement a pH neutre

Acide aspartique, acide glutamique,

Chargees positivement a pH neutre
Lysine, arginine et histidine

2) Non polaire : Non chargees a pH neutre (apolaire ou hydrophobe)

Glycolle, alanine, valine, leucine, isoleucine, methionine, phenylalanine, tryptophane et proline

Nomenclature des acides amines : Codage des AA.

Pour nommer les a cides amines, on peut utiliser un code a 3 lettres ou un code a une lettre.


Nom

Code a

3 lettres

Code a

1 lettre

Nom

Code a

3 lettres

Code a

1 lettre

Alanine

Ala

A

Leucine

Leu

L

Arginine

Arg

R

Lysine

Lys

K

Asparagine

Asn

N

Methionine

Met

M

Acide aspartique

Asp

D

Phenylalanine

Phe

F

Acide glutamique

Glu

E

Proline

Pro

P

Cysteine

Cys

C

Serine

Ser

S

Glutamine

Gin

Q

Threonine

Thr

T

Glycine

Gly

G

Tryptophane

Trp

W

Histidine

His

H

Tyrosine

Tyr

Y

Isoleucine

lie

I

Valine

Val

V


Selenocysteine

Sec

u


Les acides amines essentiels :

Acide amine essentiels: la valine, la leucine, l’isoleucine, la phenylalanine, le tryptophane, la lysine, la
methionine et la threonine : Lysine et Threonine: Absolument essentiels.

Acides amines parfois essentiels, dans certaines conditions (grossesse, croissance) l’histidine et l’arginine
deviennent essentielles ; (Arg +++ = chez le Nourrisson)

Les acides amines qu’on peut appeler semi essentiels : tyrosine et la cysteine (phenylalanines et la methionine)

Aa modifies apres la traduction des proteines


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N(CIl t fc|


NH;*,


Cll,

CH t

CH*

it •

II OH

CH|

V I

rz N

If 4 \

N l A

Cll — OH

yTv

CH*

7 I

^ W

CH*

1 * v «j /

N — CH

Oil,;

|t |

Cl 1*

Cll,

/ 2 \

, COO*

— NH— CH — CO—

NH CH— CO

NH— CH^CO

Hydroxy prolinc

r W,.V,.V*T 1 i m c thy 1 1 y sine

D'Mrthylliistidinc

C-IIydroxvUftinc

mr k mr


o

II

NH ( (II

|

,CH*

.Cl! ,


O CH, — OH

|

LI I, — I — NH — CH — CO-

Af*Acetvlwrlne


CH,

(CH — CH — CO —

MMAMYiinetlivlalanine


O


H,N


NH — CH


C

NH

(’ll



"OOC coo*

49 * *


O—

jL H

r CH*

CH

CHj

fHt

i 1

( H

-NH — CH — CO —

— NH — -CH — CO —
o

— NH — CH — CO —

It

— NH— -CH

O-Phosphoserine

7*Carboxycl u tiini a u?

t>,Y -Ace tyl lysine



k.


CR


CH,

CH*

IK 1 — NH — (II — CO —
AT'Formvliuethionim*


Aa entrant dans des metabolismes :

Ces Aa ne sont pas utilises pour produire des
proteines, mais sont rencontres dans des voies
metaboliques.


o

HN — C — NH
CH . 2
CII 2

ch 2

H : ,N — CH — COO"

Citrulline


NHtj

CH 2

ch 2

ch 2

H3N— CH— COO“

Ornithine


III) Proprietes physico chimiques des acides amines
1) Proprietes physiques
A- Solubilite

Les A A sont solubles dans l’eau : Les plus solubles sont les plus petit (glycocolle) ou ceux qui portent des
radicaux mouillables comme NH2, COOH ou OH (serine).

Les acides amines a long chaine carbonee sont peu solubles dans l’eau.

Les Aa sont faiblement solubles dans l’alcool.

La solubilite dans les solvants apolaires depend de la chaine laterale.

En presence de deux phases liquides (ethanol/eau), les aminoacides se repartissent dans les deux phases avec
des coefficients de partage specifique : cette propriete est utilisee pour les classer.

B- Stereochimie des acides a amines


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Les acides amines comprennent tous, 1 ou 2 carbones asymetriques: ce
sont des molecules chirales, a 1’ exception de la glycine.

L’atome de carbone asymetriques appele centre de la chiralite est lie a
quatre substituant differents done substitue asymetriquement.

II existe 2 stereo-isomeres de configurations differentes
D-acide amine et L-acide amine

Ces stereo-isomeres sont appelees “enantiomeres” (non superposables;
images l’un de 1’ autre dans un miroir)


Notation D, L

CHO


CHO


II


OH


CM -.OH


HO


11


CHUOH


D gl\ ceraldehyde L-glyeeraldehyde


Les configurations absolues de toutes les molecules
derivees du carbone sont rapportees au D-
glyceraldehyde [isomere (+)] et L-glyceraldehyde
[isomere (-)].


Notation D, L

En regie generate les acides amines presents
dans les proteines naturelles appartiennent a la
serie L.



COOH

I

c-

I

R


NH


COOH

I

H 2 N — C — H
1

R


li-Acide amine


l.-Acide amine


Mais on peut trouver des acides amines de configuration D dans certains produits naturels (antibiotiques
peptidiques ...)

Remarque :

Cas d'acides amines ayant un deuxieme centre chiral. II y a 2n structures isomeriques (n = nombre de centres
chiraux), ce qui correspondent a 2 paires d’ enantiomeres


1 COOH


COOH


H,N


3


i


CH


■OH


3


H 2 N

HO-


CH


3


L-lhreonine


L-iillo-Ihreonine


COOH

h 2 n—

h 3 c—

Cll 2

Cll 3


COOH

h 2 n—



L-isoleucine L-alb-Lsoleucme


Le carbone 3 (P) de la threonine
et de l'isoleucine est aussi un
centre chiral

Leur enantiomere (L) existe
sous deux formes epimeres.

On affecte le prefixe "alio" a
l'epimere que l'on ne trouve pas
dans les proteines :


Des isomeres qui ont le meme enchainement d'atomes, mais qui ne sont ni superposables, ni 1’ image l'une de
l'autre dans un miroir sont des diasteroisomeres .

Des isomeres qui different par un seul des centres asymetriques sont des epimeres (diastereoisomeres).


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C- Pouvoir rotatoire des AA

Les enantiomeres possedent une activite optique:
C’est la propriete de devier la lumiere polarisee;
Places dans le faisceau dune lumiere polarisee plane,
ils provoquent la rotation du plan de polarisation.

Si la rotation s’effectue dans le sens des aiguilles
d’une montre, on dit que la molecule est dextrogyre

(+)

Si la rotation s’effectue dans le sens inverse des
aiguilles d’une montre, on dit que la molecule est
levogyre (-).



D- Proprietes ioniques (ou Proprietes acido basique des acides amines)

Les aminoacides possedent deux groupements ionisables a PH convenable,

1 fonction acide -COOH et 1 fonction basique -NH2.

Ils prennent la forme dipolaire ou ion mixte, ce sont des molecules amphoteres.
Ils peuvent agir comme des acides et comme des bases.

La forme dipolaire peut,

En milieu acide, accepter un proton (H+) sur
le groupement (COO-);

En milieu alcalin perdre un proton (H+) du
groupement (NH3+).

En allant du PH tres acide a PH tres alcalin,

1’ evolution des charges peut etre
schematisee comme suit:


+ H 3 N-CH-C00H 4 HjN — CH — COO

I +H* l


R

(cation)
vers la zone
de pH tres acide


R

ion dipolaire
(Zwitterion)


R-CH-COO-
I +

NH,


-H’


+H*


h 2 n-ch-coo

R

(anion)
vers la zone
de pH tres alcalin


Point isoelectrique (pHi)= PI

Tous les acides amines possedent un point isoelectrique ou

PI,

PI = pH pour lequel l’AA en solution tamponnee a une
charge nette nulle (somme des charges intramoleculaires est
nulle).

L’AA apparait a ce PH comme etant neutre (alors qu’il a au
moins deux charges intra moleculaires realisant un

zwitterion).

PI= PKa (groupement carboxyl) + PKb (groupement amine)

2

pK = pH de demie-dissociation = 50% du groupement est
dissocie.

Ainsi une courbe de titration, peut etre tracee et interpretee en
fonction de la variation du PH pour les acides amines


Le zwitterion possede autant de charges positives qi
de charges negatives, par

Le groupement carboxylique charge
negativement

Le groupement amine, charge positivement
Les groupements ionisables de leurs chaines
laterales.


pK R variable

( A N pKa = 2

-m-CH-COOH

p « |

nh;

pKb = 9,5


Courbe de titration :

Alanine : acide amine monoamine et monocarboxylique.


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_i i_

1.0 2.0

Equivalents OH -




Recapitulate

Le point isoelectrique (pHi) est le pH ou un AA se trouve dans sa forme neutre.

A ce pH, 1’ AA existe presque exclusivement sous la forme dipolaire.

A un pH superieur au point isoelectrique, les acides amines forment des anions; au dessous de ce pH critique, ils
fixent des protons et existent a l’etat de cations.

Le pHi pour les acides amines neutres va de pH 4,8 a 6,3.

Pour les acides amines basiques, le pHi s’etende de 7,8 a 10,8
Pour les acides amines acides, le pHi va de 2,7 a 3,2.


Absorbance


E- Proprietes spectrales : Coloration et absorption de la lumiere

Les solutions d’ AA sont incolores, mais
sont visibles en UV : A. < 230 nm
Les AA aromatiques absorbent vers 280
nm.

Utile pour reperer la presence de proteines.



240 nm 260 nm 280 nm Longueur d'onde


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III) Proprietes physico chimiques des acides amines
2) Proprietes chimiques :

A- Proprietes de la fonction carboxylique


Esterification par un alcool : en presence
d’un acide fort

Reaction utilisee pour separer les aminoacides
en phase gazeuse (et meme en phase liquide)
en produisant des derives esters butyliques

Formation d’ amide (liaison peptidique):

synthese peptidique (lier le carboxyle d'un
aminoacide avec l'amine du suivant).


R — CH — COOH +
I

NH 2

a


R'OH > R-CH — COOR' + H 2 0

I

NH 2



II

R-CH-COOH + H 2 NR' ^R-CH-C-NHR’ + H 2 0

I I

NHj NH 2


Reaction de decarboxylation : synthese
d’ amine (ex : histamine)

Par voie chimique ou enzymatique


R— CH — COOH ^ RCH 2 NH 2 + 002

I

nh 2


Exemple de formation d’ amine (par decarboxylation):

- Serine: donne ethanolamine (precurseur de la choline)

- Histidine donne F histamine (vasodilatateur intervenant dans les reactions d'allergie ou d'inflammation)

- Acide glutamique : donne 4-aminobutanoique ou "GABA" (neurotransmetteur).


B- Proprietes liees au groupe NH2
Formation d’imine « base de Schiff
» : reaction avec aldehyde: Addition
de carbonyle

Sauf la proline qui contient une
fonction amine secondaire

N- Acylation

Avec des composes tels que les
anhydrides d’ acides ou des chlorures
d’ acide, les acides amines forment des
derives N-acyles

Action du 1-fluoro 2,4-
dinitrobenzene

Le FDNB reagit facilement avec les
fonctions aminees pour former un
derive N-2,4- dinitrophenyle.

Ce compose jaune est facile a identifier
par chromatographie et doser par
spectrophotometrie a 360 nm.


COOH



C-R'


aldehyde


COOH H


R-


CH-N

r-F


C-R’

4--i


H,0>

X


H OH!


COOH


R-CH-N =C— R'


H

base de SchilT


[rJ_ CO — X + HjN — CH — jf[


COOH


Reaction de Sanger


r — CO — HN — CH — [Rj t XH


COOH

(]6hv6 N acyfe


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Cette reaction a permis a Frederik
SANGER (1953) d'etablir la premiere
structure primaire d'une proteine :
l'insuline.



fluoro-2, 4-dinitrobenzene
I'DNB (reactil tie Sanger)


2 . 4-dinitrophenyl aminoacide
DNP aminoacide
Couleurjaune


Action du phenylisothiocyanate ou
Carbamylation

La carbamylation avec le
phenylisothiocyanate (PTC), a un pH
basique de 9, donne un derive
phenylthiohydantoine-aminoacide
(PTH-aminoacide) qui absorbe dans
l’UV et facilement separable par
chromatographie.

Carbamylation

La reaction avec TAA terminal d'une
proteine (n AA) libere un PTH-
aminoacide et une proteine amputee de
son AA N-terminal ( (n-1 AA)
aminoacides:

En repetant le processus, on peut
determiner la structure primaire de la
proteine (degradation recurrente
d'Edman).

Dansylation

L’ action du chlorure de dansyle (1-
dimethyl-amino-naphtalene-5-
sulfonyle) donne un DNS aminoacide
stable et fluorescent


Desamination

Reaction au cours de laquelle, l’acide
amine perd son groupement sous forme
de NH3.



phenylisothicyanate
PTC (reactif d'Edman)



H H

phenylthkxarbamyl aminoacode
PTC-aminoacide
Absorbe dans l’UV



Rv— CH
\


PTC- peptide


/


c=o



nh 2

r,-ch'

\

c=o

/


peptide (n-1)


Phenylthiohydantoine-aminoaeide
PTH-aminoacide
Absorbe dans I’UV



Chlomre de dansyle
(DNS Cl)


dansyl-aminoacide

DNS aminoacide

Fluorescent


R-CH-COOH


NHi

jl

acide amine


R-C-COOH

II

NH

acide a-imine


R-C-COOH + NH,


0


acide a-cet«mque


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La reaction avec la ninhydrine (++
connue et utilisee) donne un produit
violet pour les amines primaires
jaune pour les amines secondaires.


o



o

1 1 ydn nilanli n Aldehyde



Ninhydrin Ammonia Hydrmtlantin



O OH

IZ>ik.en>tiyc3rind>'liclene-clik.etohyclrintlamine
(Ruheman's purple)


C- Proprietes de la chaine laterale

Groupement thiols

Oxydation des SH : formation de ponts disulfures La cysteine peut etre oxydee en cystine.
Fonctions alcool de la serine et la threonine, la fonction phenol de la tyrosine aussi
Phosphorylation par l’acide phosphorique: formation d’un ester phosphate
O-Glycosylation
Fonctions amide
N -Gly cosylation



Chromatographie sur papier


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Ouand r eluant monte,
reau monte, le papier
Whatman se gorge d'eau
L'eau devient la phaw
Mationnaiie


Le aotvant 01 ganique
«se »ur la feuille d'eau
t devient la phase
mobile


Papier Ukitara


solute hydrophobe sotut* hydrolphyle


Melange <f eluant (solvent
aqoeux et or ganique)


Chromatographic sur papier
unidimensionnelle en phase normale


Partage entre «phase hydrophile» et « phase
hydrophobe ».

Migration par capillarite: Les Aa hydrophobes
migrent le plus
Coloration par la ninhydrine
L'identification des differents Aa du melange se
fait par comparaison avec des temoins, en
calculant le Rf (rapport au front) de chaque
solute, ou le Rt (rapport a un temoin).


Chromatographie sur couche mince (CCM)

. , . , Cl

n Pjpiff HDVMWIII

5



c





Lf)






n




a




Environnrmrnt Nature
(it vapour do solvant •


Migration par capillarite


PrtoiratMHi: nxtirt
I'rliuM Mirritiro*

$ mm dr haul

Lignc dc depot

Depot de
lediontillon.


Phqtr Plicrr la plaque diat

cbrpmMotrapbiqvf If brrbrr cootmini

I'flual ti rrCrrmrr
k coa^rnk


Developpement


-



! Lorsque I'duant a migre

1



juvqu'cn haut sortir la plaque.

Li

• #

t i

•

i — N

Marqucr Ic front d'un trait dc

|

• •


cravon ct sRhcr

W



hr

L<i level, ltion


ISoHHMM IBCOBItttf


lull

OR (OORRt A

» 1 '

>dii (uftiiur li


Phase stationnaire: eau dans la couche mince de gel
Phase mobile: solvant
Pour caracteriser les composes = rapport:
distance parcourue par le solute / distance parcourue
par le solvant.

Si solute soluble dans la phase stationnaire = Rf faible
Si solute soluble dans la phase mobile = Rf vers 1 .


front du solva n t


R f = h/H


ligne de de pot


▼ 1

0]

f

H

rv

h


AT A


• •


• i


Le lappoit
frontal Rf


yi 3


Electrophorese

V

A un pH donne, les AA chargees electriquement peuvent exister en solution comme cations (+) ou anions (-).
Un depot de l’acide amine est place au milieu du papier absorbant qui est humecte par une solution tampon.
Le papier est connecte a deux electrodes. Lorsque le courant electrique est etabli,les cations (chargees
positivement) se deplacent vers 1’ electrode negative ou cathode (-) et les anions (chargees negativement) se
deplacent vers 1’ electrode positive ou anode.

La vitesse de chaque espece migrante depend du pH de la solution tampon et du point isoelectrique de F acide
amine.


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Electrofocalisation (IEF - IsoElectric Focusing)

La migration est effectuee dans un gradient de pH; chaque Aa migre jusqu'a l'endroit ou le pH est egal a son
pHi.

Le gradient de pH est genere par des ampholytes, molecules amphoteres de synthese introduites dans le gel au
moment de sa fabrication.


Ces molecules migrent rapidement dans le gel jusqu'a
atteindre une zone ou leur charge devient nulleLa
chromatographic d'echange d'ions. Elies ont alors une
distribution statistique telle qu'elles generent un gradient de
pH sensiblement lineaire le long du gel



Chromatographie liquide sur colonne

Chromatographie en phase gazeuse
La chromatographie d'echange d'ions

Separation basee sur la propriete d'echange d'ions,

La phase stationnaire (colonne) comporte des groupements ionises (+ ou -) fixes.

Les ions retenus au voisinage des charges fixes sont echangeables avec les ions presents dans la phase mobile.

HPLC: High Performance liquid chromatography


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B- Les peptides

1- Definition de la liaison peptidique, general! tes:


La reaction du groupe carboxylique d’un acide
amine avec le groupement amine d’un acide
amine suivant, permet de former un amide
secondaire avec elimination d’une molecule
d’eau.

Cette liaison, s’appelle liaison peptidique,
permettant la formation d’un dipeptide, etc.. . .
Un peptide comprend au moins deux residus
d‘Aa


/


H. H o !H,' H o H. H/0 *,H q

N-C-C-N-tC'-C^ +H 2 0


\


JU * A L.

N-tf-C +»/ N-Cf-C




\


— ' hS i


H ' ^ (ohVh


R’


OH h'


I

R


* 1 1

H/R !


\


OH


Fonction amine
-NH: ou
N -terminate


Liaison

R = Radical peptidique

C* = carbone asymetrique


Fonction acide
carboxylique
-COOH ou
C-terminale


2 acides amines


Un di peptide


2- Caracteristiques de la liaison peptidique



La liaison peptidique est une liaison qui a les caracteristiques
d’une double liaison partielle, ce qui a trois consequences (stable,
rigide et plane).

La distance entre les atomes de C et de N sont plus petite que
dans une liaison simple, mais plus grande que dans une vrai
double liaison.

La libre rotation autour de la liaison C-N est impossible
(importance pour la conformation des proteines).


Les atomes qui participent a cette liaison
(les 6 atomes Ca, C, O, N, H et Ca) se
trouvent dans un meme plan avec une
disposition trans.



c=



aa n


i r


aa n+ 1


1 r


aa n+2



a*


plaits peptidiqiies
success ifs


LP = liaison peptidique


Cliaque plan comprend six atonies. Les plans sont ailicules entre eux autour des
carbones alpha par libre rotation : angle phi (<i>. Ccx-N) et psi QP, Ca-C) du nte nte aa.


3- Mode de representation d’une sequence peptidique:

La chaine qui comprend les liaisons amide est appelee la chaine principale, alors que les substituants, R,
constituent les chaines laterales.

Les peptides ont toujours une extremite amine libre ou extremite N- terminale, et une extremite carboxyle libre
ou extremite C- terminale.


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Extremite N-ter Libre


Extremite C - ter Libre


4-N omenclature-Peptides

La liaison peptidique; permet la formation d’un dipeptide avec deux amino-acides, tripeptide avec trois,
polypeptide avec plus de quatre amino-acides.

Une chaine de 2 a 10 acides amines est un oligopeptide (peptides contenant peu d’ amino-acides).

Des chaines de 10 a 100 acides amines : polypeptide.

Les chaines encore plus longues sont designees comme des proteines (au-dela de 100)

Deux ou plusieurs chaines polypeptidiques peuvent etre reliees par des ponts disulfure.

Par convention, le nom du peptide commence
toujours par la gauche, c'est-a-dire par
l'extremite N terminate, chaque acide amine
etant affecte du suffixe -yl, sauf pour le dernier
qui garde son nom complet, sans suffixe.

L'adjectif peptidique se rapporte aux peptides et
notamment les liaisons des acides amines qui
les constituent.

Exp: le leucyl- glycyl- alanine.


CH 3 ch 3

\V

CH

I

ch 2

I


ch 3

I


— CO-j-NH — CH 2 — CO-t-NH-


H

Leucyl


cn— I cqohI


Glycyl


Alanine


Extremite N-ter Libre


Extremite C-ter Libre


5- Proprietes physiques des peptides

Les peptides sont d’autant plus solubles dans l’eau qu’ils sont plus petits et contiennent d’avantage d’ acide
amine hydrophile. (Serine, acide aspartique ....)

- Ils sont dialysable

- Ils sont charges : ils contiennent un groupement NH3+ (N-terminale) et un groupement COO- (C-terminal) et
des groupements ionisables sur les chaines laterales des residus acides amines

- Ils se component comme un ion dipolaire et peuvent migrer dans un champ electrique.

- Ils absorbent la lumiere dans l’ultraviolet (X: 220 a 230 nm ou a 280 nm s’ils contiennent un acide amine
aromatique

6- Proprietes chimiques :

Les peptides presentent les reactions chimiques de radicaux portes par les chaines laterales des residus d’ acides
amines (les fonctions alcool peuvent etre esterifiees par un phosphate ou un sulfate)

Si le peptide contient un residu de cysteine il peut former une liaison S-S : pont disulfure.

Le plus petit peptide donne la meme reaction que les acides amines avec la ninhydrine.

Le reactif de coloration biuret reagit avec les peptides contenant plus de 4 acides amines.

Hydrolyse de la liaison peptidique en presence d’HCl

7- Proprietes biologiques

La plupart des peptides sont formes comme les proteines par le systeme de synthese proteique.

Certains peptides de petite taille se forment par reaction directe entre acides amines grace a la
peptidyltransf erase

Hydrolyse enzymatique des peptides se fait par les peptidases (digestives).


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Les roles sont nombreux, mais on peut citer :

Les peptides hormonaux
Les peptides de structure

Les peptides antibiotiques : Tous les penicillines contiennent la D penicillamine qui est le derive du diethyle de
la D- cysteine. Beaucoup d’ antibiotiques utilises en therapeutique sont des peptides synthetises en laboratoire.

8- Quelques exemples de peptides


Dipeptide : Carnosine: (constituant du muscle) =
(3 alanyl histidine

H,N C'H, — O N — CH CO OH

“ “ II I I

o 1 1 cth->


f3alanyl


NJ I I



N


Tripeptide : Glutathion: y glutamyl cysteinyl glycocolle.
Liaison avec la fonction y carboxylique.


HOOC-CH-CH, — CH 2 - CO— NH

I

nh 2


\ /
CH

CH-



Histidine


Hormones hypothaliques: 9 A A
L’ AA C-ter est de la glycinamide :

NH2-CH2-CO-NH2.


s


NH^


CYS


YR


ILE


GLN

I

ASN


CYS

Pont I

Disulfure P RO


LEU


GLY


co-nh 2


NK


CYS


YR


[ PHE

GLN

ASN


CYS


Pont
PRO Disulfure


ARG


GLY


CO-NH 2


OCYTOCINE


vasopressine;


SH


Glucagon: 29 AA. Hormone
pancreatique: Chaine
monocatenaire



Insuline



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C- Les prteines

1- Definition

Les proteines sont une classe de molecules biologiques « de premiere importance » (du grec proteios).

Ce sont des macromolecules de type polymere composee d’une ou plusieurs chaines d'acides amines (chaines
polypeptidiques). .

Les proteines (ou les protides) sont des elements essentiels car elles ont des roles tres varies au sein d’une
cellule et au sein d’un organisme:

Un role structurel (l'actine),

Un role catalytique (les enzymes),

Un role de regulation de l'expression des genes (les facteurs de transcription), etc.

2- Caracteristiques des proteines

Chaque proteine, presente dans les cellules, a une structure qui est determinee genetiquement et done, possede
une taille predefinie (modifiee parfois apres traduction). Dans une cellule, chaque proteine joue un role
particulier. Les proteines sont synthetisees et degradees en permanence dans les cellules.

Une proteine est

Monomerique = une seule chaine peptidique
Multimerique = plusieurs chaines peptidiques.

Homomultimerique = plusieurs chaines peptidiques identiques
Heteromultimerique = plusieurs chaines peptidiques differentes.

Une holoproteine quand elle ne fournit que des acides amines, apres hydrolyse.

Une heteroproteine quand elle fournit des acides amines et d’autres molecules differentes, apres
hydrolyse.

La partie proteique: apoproteine
La partie non proteique: groupement prosthetiques
Les proteines peuvent etre classees selon leur forme globale.

Les proteines globulaires: myoglobine

Les proteines fibreuses : fonctions structurales ou protectrices (keratine, collagene . . . )

Les proteines peuvent etre covalement liees a d’autres molecules:

A un lipide; on parle de lipoproteine,

V

A un glucide; on parle de glycoproteine
Si c’est a un metal; on parle de metalloproteine

3- Structure tridimensionnelle des proteines

Les proteines different les unes des autres parce qu’ elles ont un nombre distinct et une sequence distincte de
residus d’acides amines. Une sequence donnee d’acides amines s’enroule en une structure tridimensionnelle
unique et complexe designe sous le terme de conformation;

Cette conformation est realisee grace a l’etablissement de liaisons /a/Wes.

Cette conformation est classee par ordre de complexite croissante en structure primaire, secondaire, tertiaire et
quatemaire.

Primaire Secondaire Tertiaire Quaternaire

Met-Giu-Qfy-AI»-Cy»-
T rp-Tyr-T rp-Leo-His-
Cy»-AI»-Asp-Phc-._


La structure tridimensionnelle des proteines renseigne sur le role qu'elles jouent dans la vie de la cellule
(relation structure-activite).

La structure primaire est la structure chimique (covalente): quels acides amines et dans quel ordre.
La structure secondaire correspond aux structures spatiales regulieres (helices a, feuillets P etc....).

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La structure tertiaire conceme l’arrangement dans l’espace de ces structures secondaires, c’est a dire la
position dans 1’ espace de chaque atome.

La structure quaternaire est une association de structures tertiaires: certaines proteines existent sous
forme de complexes comportant alors plusieurs sous-unites (exemple: l’hemoglobine).

3-1- Structure primaire

Decrit la sequence ou l’ordre d’enchainement des acides amines qui constituent la proteine.

Cette sequence est fixee et traduit l’information contenue dans le gene qui code cette proteine.

Les AA sont numerates en allant du N-terminal vers le C-terminal.

La structure primaire s’ecrit en utilisant le code a 1 lettre ou le code a 3 lettres.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

MYHLT PEEKSAYTA L ...

Met Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys Ser Ala Val Thr Ala Leu . . .

N-term C-term

3-2- Structure secondaire:

l ei stade de 1’ organisation dans l’espace d’une chaine peptidique.

Une chaine d’AA possede au niveau des liaisons peptidique de nombreux groupements -CO- et -NH- ceux-ci
peuvent etablir en eux dans 1’ espace des liaisons hydrogene et former une structure secondaire.

Les structures secondaires (stables) les plus frequentes sont l’helice a, le feuillet plisse p et les coudes p.


3-2-1- L’helice a

La chaine principale s’enroule en spirale, vers la
droite.

La structure est stabilisee par des liaisons hydrogenes
(intramoleculaires) entre les residus n et n+4.

L'helice a s'eleve de 0,54nm a chaque tour.

Elle compte 3,6 residus par tour. .

Les plans des liaisons peptidiques sont paralleles a
l’axe de l’helice.

Les chaines laterales R et liaisons C-H pointent vers
l’exterieur.

La keratine de nos cheveux est une proteine en helice
a qui forme une fibre allongee.

3-2-1- Feuillet plisse p

La chaine peptidique se trouve sous forme en zigzag.
La chaine principale est etiree et deux segments de la
proteine se placent cote a cote, unis par des liaisons
hydrogenes entre les groupements C=0 et NH.

Si les segments sont orientes dans le meme sens, on
parle de feuillets paralleles.

Si les segments sont orientes dans le sens contraire, on
parle de feuillets antiparalleles.

Les chaines laterales, R, se dressent au sommet des
aretes.

La fibroine est une proteine secretee par le ver a soie
qui donnera le fil de soie. Cette proteine est constitute
essentiellement de feuillets plisses p.


R


R


amino apid
side chain



carbon -


_ oxygen
^".H-bond

.$> i r*



ft




r hydrogen

./

nitrogen
R


©



H-bond


hydrogen


I Jk


amino acid
side chain



X

0.54 nm

1 !

carbon
nitrogen



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3-2-3- Le coude p

ou tour P est un coude serre impliquant 4 residus et
qui permet a la chaine de changer de direction.

La chaine principale de la proteine fait un tour en U ;
retrouve sou vent a la jonction de deux segments de la
chaine formant un feuillet P antiparallele.

Ces coudes contiennent en general une glycine ou une
proline.



3-3- Structure tertiaire

La structure tertiaire consiste en une organisation des structures secondaires entre elles.

Cela implique 1’ apparition de liaisons hydrogene, ioniques, de forces hydrophobes et parfois de ponts disulfure.
La structure tertiaire correspond a la structure tridimensionnelle de la proteine.

Une structure tertiaire n’est pas une structure figee : elle peut se modifier (se tordre, se deformer) sous l’effet de
la fixation d’une molecule (ligand) ou sous l’effet de la variation d’un parametre physico-chimique (pH,
temperature).

Structure tertiaire

Une proteine soluble (qui sera au contact de l’eau) va se replier de fa§on a ce que les residus les plus polaires
soient au contact du solvant.


Les residus apolaires, eux, seront au cceur de la proteine de fa£on a n
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  1.94 MB
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