Structures et fonctions biologiques des

Acides Aminés

I-IntroductionII-Définition III-OrigineIV-Structure: 1-forme ionisée et non ionisée 2-les 20 acides aminés standards 3-Stéréochimie 4-nomenclatureV-Classification des acides aminés communs des protéines VI-Rôles biologiques des acides aminésVII-Conclusion

Plan du cours

Les acides aminés composés organiques universels très important vue qu’ils participent à la structuration et fonctionnement des protéines ,interviennent dans le métabolisme intermédiaire comme source d’énergie ou d’intermédiaires ,transmetteurs ou précurseurs de transmetteur….etc. Cette variation de rôle est due essentiellement a la structure et propriétés physico-chimiques de ces Acides aminés d’où l’importance de connaitre.

I-Introduction:

Les acides aminés sont une classe de composés organique possédant un squelette hydrocarboné avec deux groupements fonctionnels: à la fois un groupe acide carboxyle –COOH et un groupe amine –NH2.

Parmi ceux-ci, les acides α-aminés se définissent par le fait que leur groupe amine est lié à l'atome de carbone adjacent au groupe acide carboxylique (le carbone α), ce qui leur confère la structure générique H2N–CHR–COOH, où R représente la chaîne latérale, qui identifie l'acide α-aminé.

II-Définition:

Acide α Aminé:fonction acide: COOHfonction amine: NH2 carbone Alpha: Cα radical: R (variable d’un acide aminé à l’autre)

*Numérotation de la chaine hydrocarbonée des A.A:

Le groupement amine est porté

par le carbone Cα d’où le nom Acide α - aminé. IL existe plus de 100 acides α-aminés (400) dans la nature . Parmi ces A.A 20 sont codés par les gènes et rentre dans la structure des protéines →Protéinogéne.

NH2 ─ CH ─ COOH

CH2

CH2

CH2

CH3

│

│

12α

3β

4│γ

│δ

ε

Les acides aminés ont deux origines: Alimentaire: l’alimentation fourni le besoin en acides aminés→ Protéines animal et végétale. Synthèse endogène: notre organisme est capable de synthétiser les acides aminés mais pas tous d’où la notion d’acides aminés essentiels qui ne sont pas synthétiser par notre organisme est doivent être apporter par l’alimentation ; et sont en nombre de 8.

III-Origine:

Un acide aminé essentiel ou indispensable est un acide aminé qui ne peut être synthétisé de novo par l'organisme ou qui est synthétisé à une vitesse insuffisante, et doit donc être apporté par l'alimentation, condition nécessaire au bon fonctionnement de l'organisme. Chez les humains, on compte huit acides aminés essentiels : le tryptophane, la lysine, la méthionine, la phénylalanine, la thréonine, la valine, la leucine et l'isoleucine. Deux autres, l'histidine et l'arginine, sont dits semi-essentiels car seuls les nourrissons ont besoin d'un apport exogène (on les trouve dans le lait maternel).

F I L M V W K T

*Acides aminés essentiels:

Les acides aminés naturels sont essentiellement des acides α-aminés répondant à la structure générale suivante:

Notons que cette forme totalement non ionisée n’existe pratiquement pas car aux PH acides pour les quelle la

fonction COOH n’est pas ionisée ,la fonction NH2 l’est toujours et inversement:

1-Forme ionisée et non ionisée:

IV-Structure :

Donc:

Forme majeure à pH 1

Forme majeure à pH 7

Forme majeure à pH 11

Ca COOH

NH3+

H

R

Ca COO-

NH3+

H

R

Ca COO-

NH2

H

RpKa1 pKa250/50 50/50

Les acides aminés possèdent au moins deux fonctions dissociables ;se sont des substances chargées bénéficiant de propriétés électrolytiques .il s’agit d’acide et de base faible dont la dissociation est progressive et varie en fonction du PH. Donc les acides aminés sont des molécule Amphotères c.-à-d. qu’ils peuvent agir comme des acides ou des bases .

*Caractère amphotère:

Chaine latérale la plus simple : Un Hydrogène Pas de carbone asymétrique Neuromédiateur I, Précurseur de la porphyrine ,de la créatine, l’ A. Urique et le glutathion . Elle entre dans la composition des acides biliaires primaires Ajoutée au succinyl-CoA elle forme l'hème, de l'hémoglobine . Non essentiel.

2-Structure des acides aminés standards:

se sont des acides aminés codé par les gènes et dites protéinogéniques ils sont en nombre de 20 : 1- La Glycine:

Chaine latérale aliphatique: Méthyle Précurseur du pyruvate On trouve également dans la nature l'énantiomèreD-alanine, qui participe en particulier à la construction du peptidoglycane, le constituant principal de la paroi des bactéries Non essentiel

2- Alanine:

Chaine latérale aliphatique saturée, ramifiée et symétrique: isopropyle.

Acide aminé généralement à l’intérieur des protéines solubledans l’eau ou dans les hélices membranaires en contact avec les lipides Elle participe au bon fonctionnement du système nerveux, à la vivacité mentale et à la coordination musculaire. Essentiel

3-Valine:

Chaine latérale aliphatique ramifiée: Isobutyl Acide aminé généralement à l’intérieur des protéines solubledans l’eau ou dans les hélices membranairesen contact avec les lipides

Essentiel

4-Leucine:

Chaine latérale aliphatique ramifiée: Isobutyl Isomère de leucine Existence d’un 2ème carbone asymétrique sur la chaine latérale Acide aminé généralement à l’intérieur des protéines soluble dans l’eau ou dans les hélices membranairesen contact avec les lipides Essentiel

5-Isoleucine:

Chaine latérale avec un groupement:

Hydroxyle

Site de phosphorylation de nombreuses protéines

Généralement retrouvé dans les protéines en contact avec le solvant et dans les site catalytique des enzymes

Non essentiel

6-sérine:

Chaine latérale avec un groupement hydroxyle Site de phosphorylation de nombreuse protéine

L’hydroxyle de la thréonine peut être la cible de modifications post-traductionnelles, comme des O-glycosylations

Existence d’un 2ème carbone asymétrique

Essentiel

7-Thréonine:

Chaine latérale avec groupement

sulfhydryle (thiol) ,ionisable

Possibilité de réactions d’ oxydoréduction

Acide aminé formant des ponts disulfures, retrouvé sous forme réduite dans les sites catalytiques d’enzyme et impliqué dans la coordination de

métaux dans les métalloprotéines Précurseur de la taurine

Non essentiel

8-Cystéine:

Chaine latérale avec un groupement Thioéther

Précurseur métabolique de la

S- adénosyl méthionine donneur de méthyle

Importance comme premier acide aminé incorporer dans la synthèse des protéine (Nter) Elle joue un rôle critique dans la méthylation des protéines et de l'ADN.

Essentiel

9-Méthionine:

Chaine latérale avec un groupement Amide

Dans les protéines, l'asparagine participe à la formation de liaisons hydrogènes par son groupe amide.

Sur l'asparagine se branchent des oligosaccharides lors de la N-glycosylation Non essentiel

10-Asparagine:

Chaine latérale avec un groupement

Amide Acide aminé le plus abondant dans le sang

La glutamine peut être utilisée

comme donneur d'azote dans les biosynthèses de nombreux composés, y

compris d'autres acides aminés, les purines et les pyrimidines. Non essentiel

11-Glutamine:

Chaine latérale cyclisée: Pyrolidine Peu fréquent dans les protéines

La proline participe essentiellement à la synthèse du collagène et à la cicatrisation. Déstabilise donc l'hélice α

La proline possède une fonction amine secondaire Non essentiel

12-Proline:

Chaine latérale aromatique : Phényl

Acide aminé généralement à l’intérieur des protéines soluble dans l’eau ou dans les hélices membranairesen contact avec les lipides Précurseur de la tyrosine ,l’ adrénaline et la Noradrénaline

Absorbe la lumière dans l’UV à 260 nm

Essentiel

13-Phénylalanine:

Chaine latérale aromatique: Phénol Site de phosphorylation de nombreuses enzymes Précurseur des catécholamine ,la mélanine et les hormones thyroïdiennes

Acide aminé généralement à l’intérieur des protéines soluble dans l’eau ou dans les hélices membranaires en contact avec les lipides Absorbe la lumière dans l’UV vers 270 nm

Non essentiel

14-Tyrosine:

Chaine latérale aromatique:

Indol

Précurseur dans le métabolisme de la sérotonine et mélatonine

Acide aminé généralement à l’intérieur des protéines soluble dans l’eau ou dans les hélices membranaires en contact avec les lipides Absorbe la lumière UV à 280 nm

Essentiel

15-Tryptophane:

Chaine latérale à cycle: Imidazole Intervient dans des réactions de transfert de proton dans les sites actifs et l'azote du cycle imidazole des histidines peut également former des liaisons de coordination avec des ions métalliques comme Zn2+, Co2+, Fe2+ ou Ni2+

L’histidines présentes dans l’hémoglobine participent au maintien du pH

sanguin, en agissant comme molécule tampon. Essentiel

16-Histidine:

Chaine latérale: Aminé Elle contribue à la formation du collagène et des anticorps. Essentiel

17-Lysine:

Chaine latérale avec groupement: Guanidinium Impliqué dans le cycle de l’urée (précurseur de l’Ornithine )et donc dans le contrôle des composés azotés de l’organisme À partir de l'arginine, le corps fabrique de l'oxyde nitrique (NO) un vasodilatateur , et de la créatine Non essentiel

18-Arginine:

Chaine latérale: Acide

C'est un métabolite du cycle de l'urée Il participe à la gluconéogenèse Il joue un rôle de substrat dans la voie de biosynthèse des pyrimidines. Non essentiel

19- Acide aspartique:

Chaine latérale : Acide Un neuromédiateur Précurseur du GABA (Acide γ Amino-butyrique) Non essentiel

20- Acide glutamique:

Acide aminé rare Une structure semblable à cystéine, mais avec un atome de sélénium remplace l'habituel soufre Présent dans plusieurs enzymes (par exemple peroxydases de glutathion)

! 21- Sélénocystéine:

A l'exception de la glycine, tous les acides aminés possèdent un carbone α asymétrique (ou chiral). Il existe donc pour chacun d'entre eux deux isomères stéréochimiques, images en miroir, appelés énantiomères La convention pour définir la stéréochimie du carbone α s'appuie sur celle des énantiomères du glycéraldehyde selon la représentation de Fisher.

3-Stéréochimie des A. A:

A quelques rares exceptions près, les acides aminés constitutifs des protéines sont tous de configuration L. Comme pour les oses, aucune prédiction du pouvoir rotatoire ne peut être faite : un aminoacide de la série L peut être lévogyre ou dextrogyre.

*Remarque:

Le carbone 3 (β) de la thréonine et de l'isoleucine est aussi un centre chiral : leur énantiomère (L) existera sous deux formes épimères. On affecte le préfixe "allo" à l'épimère que l'on ne trouve pas dans les protéines .

*Cas des A.A ayant un deuxième centre chiral:

Des abréviations en trois et en une lettres sont données au acides aminés standard:

Généralement le code a 3lettres désigne les 3 premières lettres du nom de l’acide aminé. Pour la sélénocystéine le code à 3 lettres est: Sec et lecode à une lettre est: U.

4-Nomenclature des acides aminés:

les acides aminés peuvent être classés selon plusieurs critères: •La structure de la chaine latéral R . •La polarité de la chaine latérale R ou la charge de leur groupement R. •L’essentialité des Acides aminés. •Selon qu’ils soient glucoformateurs ou cétogènes.

V-Classification des acides aminés:

1-Selon la structure de la chaine latérale:

1-A.A aliphatiques:

1-a: Linéaires:

1-b: Ramifiées:

1-c: Hydroxylées:

1-d: Soufrées:

1-e: di-carboxyliques et leurs amides:

1-f: f(x) basiques:

2- A.A Cycliques:

2-a: Aromatiques:

2-b: α-Aminé secondaire:

2- Selon la polarité de la chaine latérale:2-a: Non polaire:

2-b: Polaires non chargés:

2-c: Polaires chargés négativement:

2-d: Polaires chargés positivement:

Essentiel :le tryptophane, la lysine, la méthionine, la phénylalanine, la thréonine, la valine, la leucine et l'isoleucine

Non essentiel: glycine, alanine, arginine, glutamine, asparagine, , A.asparatique, A.glutamique, cystéine, histidine, proline, serine ; tyrosine

3-Selon l’essentialité des A. A:

Glycine, Alanine, Isoleucine, Phénylalanine, Tryptophane, Arginine, Glutamine, Asparagine, Thréonine, A.aspartique, A.glutamique, Cystéine, Histidine, Proline. Leucine, Lysine. Sérine, Méthionine, Tyrosine, Valine

4- glucoformateur ou cétogène:

1-Glucoformateurs stricts:

2- Cétogènes stricts:

3-Glucoformateurs et cétogènes:

Les acides aminés non standard sont soit :- acide aminé d'une protéine modifié après la traduction (modification post-traductionnelle)- des intermédiaires du métabolisme, des éléments de construction d'autres molécules (lipides, coenzymes) ou encore des molécules actives.

VI-les acides aminés non standards:

Pro → 4-hydroxy-Pro Lys → 5-hydroxy-Lys

Azote de l'histidine →3-Methylhistidine (Protéines contractiles et les histones) Glu →4-carboxyGlu →Protéines fixant le Ca++ (F.de coagulation) OH des Ser et Thr → Phosphoprotéines( caséines)OH des Ser , Thr et Tyr→ Modulation de A.enzym

*A.a subissant une modification post-traductionnelle:

Hydroxylation:

Méthylation:

Carboxylation:

phosphorylation:

un acide aminé soufré résultant du catabolisme de la méthionine.Il s'agit d'une substance pro-inflammatoire.

Ornithine est formée à partir de la L-arginine où elle apparait dans le cycle de l'urée. Citrulline est le produit de condensation de l’ornithine et du carbamyl-phosphate dans le C.urée

acide γ-aminé synthétisé à partir de l'acide glutamiqueneurotransmetteur inhibiteur du système nerveux

A.A n’existant pas dans la composition des proteines:

Homocystéine:

Ornithine/citrulline:

Acide γ-aminobutyrique(GABA):

est un métabolite présent dans les cellules qui est impliquée de manière centrale dans les réactions de transfert de méthyle.

Appelé également vit B5 intervient dans la synthèse du coenzyme A qui agit sur le système nerveux; ce qui explique qu'on le surnomme parfois la «vitamine anti-stress».

S-adénosyl méthionine

L'acide pantothénique

La séquence des acides aminés d’une protéine constitue la structure primaire de la protéine. Les A.a ont un rôle structural(charpente) et fonctionnelle( site catalytique, site de reconnaissance).

•Glycine est le précurseur majeur de la synthèse des porphyrines. •Créatine phosphate qui est un réserve important d’énergie du muscle synthétisée a partir de la glycine, arginine et méthionine. •Glutathion puissant réducteur provient de la glycine ,glutamate et de la cystéine. •Les catécholamines produit de décarboxylation de la dopa qui résulte de l’hydroxylation de la tyrosine.

VII-Roles biologiques des A.A:

*Eléments constitutifs des protéines:

*Précurseurs biosynthétiques:

•La sérotonine un neurotransmetteur dans les mécanismes cognitifs dérive du tryptophane.

•L’histamine un puissant vasodilatateur dérive de l’ histidine. •Les polyamines telles la spermine et la spermidine impliquées dans l’empaquetage de l’ADN sont dérivées de l’ ornithine et de la méthionine. •L’arginine est le précurseur biosynthétique de l’oxyde nitrique NO.

A coté des amines actives, certains A.A sont eux même des neurotransmetteurs: le glutamate et l’ aspartate neurotransmetteurs excitateurs. La glycine et le GABA sont inhibiteurs.

*Neurotransmetteurs cérébraux:

Les acides aminés peuvent bien recevoir que donner des groupements chimiques lors des réactions du métabolisme intermédiaire: •La méthionine: donneur de Méthyle. •La sérine et la glycine: donneur de groupement Méthylène. •L’histidine: donneur de groupement formimino. •L’arginine: donneur de groupement guanidino.

•La destinée du groupement amine de tous les A.A converge vers l’α cétoglutarate qui donne du glutamate qui sera désaminé, NH4+ formé va suivre le cycle de l’urée qui sera éliminé par le rein. •Dans les réaction de détoxification des xénobiotiques les A.A peuvent intervenir→l’acide benzoïque qui subit une conjugaison avec la glycine donnant l’ A. Hippurique aisément éliminé par le rein.

*Vecteurs dans le transfert de radicaux chimique:

*Rôle dans les mécanismes de détoxification:

8-Conclusion: La connaissance des acides aminés est importante car ils sont à la base de la construction des protéines, classe majeure parmi les macrocromolécules du vivant. Cependant, les propriétés individuelles peuvent être plus ou moins fortement modifiées en fonction de leur environnement. S'il est donc essentiel de connaître le répertoire du métabolisme des acides aminés pour comprendre la biochimie, cette connaissance ne saurait dispenser de l'étude des A.A standard et non standard.