Acide aminé polaire et non polaire avecSolution de la question

Les protides /Les acides aminés

Halitim Leila

Introduction La connaissance des acides aminés(AA) aminés est importante, car ils sont à la base de la construction des protéines, protéines, classe majeure parmi les macromolécules du vivant.

Plus de 300 acides amines (Dans la nature) Les AA modifiés (non standards)

20 Acides α-Aminés

20 Acides α-Aminés Fondamentaux Les Aa qui entrent dans la composition des protéines naturelles ou les Aa codés

Les AA protéinogènes ou les Aa standards

Les cellules produisent leurs protéines à partir de 20 types d'acides aminés aminés.

Structure d’un acide amine Chaine principale Groupement acide Carboxylique

Groupement amine primaire

Chaine latérale Radical ou variable

Classification des 20 α-Amino Amino Acides Les acides aminés (AA) peuvent être classés selon :  La polarité de la chaine latérale R ; R  La structure de la chaine latérale R.

1. Classification des 20 α--Amino Acides selon la polarité 20 α-Amino Acides AA polaires (11)

AA Polaires Chargés

AA Non polaires (9AA)

AA Polaires Polaire Non Chargés

(Gly Gly, Ala, Val, Leu, Ile Met, Phe, Trp, Pro)

(Ser, Ser, Thr, Asn, As Gln, Cys, Tyr)

2AA acides (-) (Glu, Asp)

3 AA basiques (+) (Arg, Lys, His)

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Ca veut dire quoi AA polaires, AA chargés, AA non polaires? Les AA polaires chargés : Contractent des liaisons ioniques. Ce sont les AA qui possèdent au niveau du R :  Une 2éme fonction acide (COOH) : Asp, Glu (2AA) ; 5AA  Une 2éme fonction amine (NH2) : Arg, Lys, His (3AA);  Les AA polaires non chargés : Contractent des liaisons hydrogènes. Ce sont les AA qui possèdent au niveau du R :  Une fonction thiol (SH), l’AA Soufré (1AA) Cys;  Une fonction amide (H2N-CO), les AA Amides (2AA) : Asn, Gln ; 6AA  Une fonction alcool (OH), les AA hydroxylés (3AA) : Ser, Thr, Tyr

20AA

 Les AA Non polaires (Ou Apolaires) : Contractent des liaisons hydrophobes sont les AA qui ne possèdent aucune fonction au niveau du R. : On distingue :  les AA Aliphatiques non ramifiés (3AA) : Gly, Ala, Met  les AA Aliphatiques ramifiés (3AA) : Val, Leu, Ile ; 9AA  Les AA aromatiques (2AA) : Phe, Trp;  Un AA cyclique : Pro.

Facteurs influençant la polarité de groupe R 1) Les groupements -COOH, –OH,-SH, NH2-CO et –NH2 polarisent R (tous les alcools et les amides sont polaires) ; 2) La taille de la chaîne R augmente son caractère apolaire ; 3) Les cycles aromatiques et apparentés sont apolaires.

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Nomenclature des acides aminés Codage des Aa. On utilise des abréviations en trois lettres, ou des symboles en une lettre pour les 20 acides amines standards (cette nomenclature est universelle): Les AA qui prennent la 1ére lettre de leur nom Gly

G

Cys

Ala

A

Met

Val

V

Leu

C

Les AA qui ne prennent pas la 1ére lettre de leur nom Phe

F

Arg

R

M

Trp

W

Lys

K

Pro

P

Tyr

Y

Glu

E

L

His

H

Asn

N

Asp

D

Ile

I

Ser

S

Gln

Q

Thr

T

2.Classification des 20 α-Amino Acides selon La structure de la chaine latérale R

AA linéaires : Glycine et Alanine AA ramifiés (non linéaire) : Valine, Leucine et Isoleucine les AA à chaine latérale hydroxylé: Sérine, Tyrosine et Thréonine Les AA à chaine latérale linéaire soufrée Méthionine et Cystéine Les AA à chaine latérale basique : Lysine, Arginine et Histidine Les AA à chaine latérale linéaire acide : Aspartate et Glutamate Les AA à chaine latérale linéaire amide(Le groupement carboxamide) : Glutamine et Asparagine  Les AA à chaine latérale imine : Proline  Les AA à chaine latérale aromatique : Phénylalanine, Tryptophane       

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Remarques  Les acides aminés existent de manière prédominante dans les protéines ce sont des AA liés. Lorsque ces AA ne sont pas liés (forme libre), on les appelle les « AA libres » ou monomères.

Les acides aminés libres ne nécessitent pas une digestion, ils sont directement absorbables avec une utilisation maximale.

 Les acides aminés qu’ils soient d’origine animale ou végétale sont les mêmes. Seule leur concentration est différente dans les protéines végétales ou animales. les protéines animales sont les meilleures. On appelle

les

protéines complètes, les protéines végétales sont incomplètes.

 Les acides aminés non standard sont soit :  acide aminé d'une protéine modifié après la traduction (Lys, Arg, His, Val, Ala, Ser, Met et Glu).

Exemple: La phosphorylation de la sérine (O-Phospho-L-sérine) ;  des intermédiaires du métabolisme, des éléments de construction d'autres molécules (lipides, coenzymes). Ces Aa ne sont pas utilisés pour produire des protéines, mais entrent dans des métabolismes comme la Citrulline et Ornithine (les deux intermédiaires du cycle de l'urée).

Les acides aminés peuvent être classés de nombreuses manières différentes.

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TABLEAU DE CLASSIFICATION DES 20 α–AMINO-ACIDES PROTEINOGENES Classe

Polarité

Sous classe

Nom (symbole)

Formule R (symbole à une lettre)

Gly AA aliphatiques non ramifiés

(G)

Ala

(A)

Met

☼

Nbr de C

PHi

caractéristiques

2

5.97

Pas de C* Le plus petit

3

6.02

5

5.75

5

5.97

6

5.98

Présent en grand % dans les protéines

6

6.02

2C*(C α, C β)

9

5.98

noyau phényl Abs à 260 nm

Méthyl-soufré Fonction Thioéther

Non polaires (Apolaires)

Neutres

≤

≤ .

(M)

Val

☼ (V) Leu AAA ramifiés

☼ (L)

Ile

☼ (I)

Phe

☼ (F)

AA aromatiques

noyau Indole Abs à 280 nm

Trp

☼

11

5.88

3

5.68

Liaison- OGlycosidique

9

5.65

noyau phénol Abs à 280 nm

6.53

2C*(C α, C β) Liaison- OGlycosidique

Polaires non chargés

L.HALITIM

(W) Ser

AA hydroxylés

Tyr

(S)

(Y)

Thr

☼

4 (T)

 PM le plus grand  Présent en faible% dans les protéines

5

Sous classe

Nom (symbole)

AA soufré

Cys

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Formule R (symbole à une lettre)

Nbr de C

PHi

caractéristiques

3

5.02

240 nm

4

5.41

Liaison- NGlycosidique

5

5.65

Liaison- NGlycosidique

Fonction Thiol

(C)

Asn (N)

AA amides Gln

* : imino acide (groupe amine secondaire)

Pro

Formule complète

(Q)

Polaires chargés négativement

acides basiques

Polarité

Polaires chargés positivement

.

≤

≤

.

.

≤

≤ .2

Neutres

≤

≤ .

Classe

Polaires non chargés

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5

(P)

6.29

R lié à la fois au groupe αacide et amin

Asp

Pas de NH2 C α intégré Pas de R Peu retrouvé dans les protéines

noyau pyrrole

4

2.97

5

Neurotransmetteur 3.22 précurseur du GABA

6

9.14

AAA

6

10.76

Groupement Guanidique AAA ramifié Le plus basique

6

7.58

noyau Imidazole Le moins basique

(D) AAA dicarboxyliques

Glu

Lys ☼

AA possédant deux groupements basiques

(E)

(K)

Arg ◊ (R)

His ◊ (H)

☼ : AA essentiels

◊ AA semi- essentiels

AAA : acide aminé aliphatique

C* : carbone asymétrique

Nbr : Nombre

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Questions et Exercices

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Question 1 En vous basant sur la structure des acides aminés, identifier celui ou ceux qui répondent aux critères suivant : 1) Sont diamines linéaires; ) 17) Premier AA dans la synthèse protéique ; 2) Sont dibasiques mais non aliphatiques ; 18) Sont diacides ; 3) Possèdent un groupement thiol ; 19) Sont hydrophobes ; 4) Possèdent un groupement thioéther; 20) Sont hydrophiles ; 5) Possèdent un noyau phényle ; 21) Ayant la plus petite masse moléculaire .

6) Possèdent un noyau phénol ; 7) Possèdent un noyau indole ; 8) Possèdent un noyau imidazole ; 9) Possèdent un groupement guanidique ; 10) Possèdent deux carbones asymétriques ; 11) Possèdent une charge positive à PH = 6 ; 12) Portent une charge négative à PH = 6 ; 13) N’ont pas un pouvoir sur le plan de la lumière polarisée ; 14) Ne possèdent pas la structure d’un acide aminé ; 15) Doivent être ramenés par l’alimentation ; 16) Acide aminé le plus abondant dans le Sang ; Question 2 On propose les formules suivantes : a) H2N-CH2-COOH b) H3N+-CH2-COOH c) H2N-CH2-COOd) H3N+-CH2-COOe) H3N+-CH-COOCH3 1) Laquelle correspond à un composé optiquement actif ?

2) Laquelle correspond au Glycocolle (Glycine) à un PH=1?

3) Laquelle correspond au Glycocolle mais ne s’observe pas à aucun PH ?

4) Laquelle correspond au Glycocolle à un PH=5,97 ?

Question 3 Soient les chiffres suivants correspondants à des charges nettes d’AA selon le PH : A/ -2 B/ -1 C/ 0 D/ +1 E/ +2 Indiquer celui qui convient à la Lysine à PH =2 et à PH=13 Question 4 La solubilité d’un Acide Aminé à son point isoélectrique est a) Faible c)Moyenne e) Difficile d) Nulle b) Très grande

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Question 5 Choisir la(les) réponse (s) justes : Le zwiterrion possède autant de charges positives que de charges négatives, par a) Le groupement carboxylique chargé négativement ; b) Le groupement aminé, chargé positivement ; c) Les groupements ionisables de leurs chaines latérales.

Question 6 Parmi les acides aminés suivant : Tyr, Trp, Gly, His, Lys, Arg, Asp, Leu, Glu a. L’acide aminé le plus petit ; b. L’acide aminé le plus grand ; c. L’acide aminé le plus basique ; d. L’acide aminé le moins basique; e. L’acide aminé le plus acide ; f. L’acide aminé le moins acide; g. L’acide aminé qui se trouve en grand %dans les protéines ; h. L’acide aminé qui se trouve en faible %dans les protéines.

Question 7 Parmi les propositions suivantes, lesquelles sont fausses? a. Le PI ou PHi est le pH où un acide aminé se trouve dans sa forme acide ; b. Le PI ou PHi est le pH où un acide aminé se trouve dans sa forme basique ; c. Le PI ou PHi est le pH où un acide aminé se trouve dans sa forme neutre ; d. A ce pH, l’Acide aminé existe presque exclusivement sous la forme Zwiterrion ; e. A ce pH, l’Acide aminé existe presque exclusivement sous la forme cation ; f. A ce pH, l’Acide aminé existe presque exclusivement sous la forme mixte ; g. A ce pH, l’Acide aminé existe presque exclusivement sous la forme anion; h. Lorsque le PI = PH l’Acide aminé a une charge nette nulle ; i. Le point isoélectrique (PHi) est le pH où un Aa se trouve dans sa forme neutre ; j. A un pH supérieur (>) au PHi, les acides aminés forment des cations; k. A un pH supérieur (>) au PHi, les acides aminés forment des anions; l. A un pH en dessous (<) au PHi, ils fixent des protons et existent à l’état d’anions ; m. A un pH en dessous (<) au PHi, ils fixent des protons et existent à l’état de cations.

Question 8 Parmi les propositions suivantes, lesquelles sont fausses? a: le PI est la valeur de PH pour laquelle une protéine n'a pas de charge. b: à une valeur de pH égale à son pI, une protéine ne migre pas dans un champ électrique au cours d'une électrophorèse. c: une protéine acide aura un pI plus grand que 7,0. d: une protéine basique aura un pI plus grand que 7,0.

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Question 9 A un PH supérieur à tous les PK de l’Histidine, la charge globale d’His est : a. -1 b. 0 c. +1 d. +2 Question 10 Le pouvoir rotatoire d’un L- Aa est : a. Fonction de la série d’appartenance ; b. Obtenu par mesure de l’angle de déviation R ; c. Négatif si le L- Aa est lévogyre; d. Fonction de la structure chimique.

Question 11 Chez les mammifères lévogyres ; les acides aminés (Aa) indispensables sont : a. Apportes par l’alimentation ; b. Synthétisés à la demande par l’organisme ; c. Au nombre de 8 chez l’homme ; d. Toujours de la série L. Question 12 Un mélange d’Aa contenant Leucine, Arginine et Glutamate est soumis à une chromatographie échangeuse d’anions. Donner l’ordre d’élution. a. Leu puis Arg enfin Glu b. Arg puis Glu enfin Leu c. Glu puis Arg enfin Leu d. Arg puis Leu enfin Glu

Méthodes de séparations des acides aminés Exercice 1 Soit un mélange d’acides aminés Lys, Gly, Ala, Ile, Glu séparé par la chromatographie échangeuse d’ions. Quel sera l’ordre d’élution ? Si on utilise un gradient de PH allant de 10 à 2 en utilisant : a. Une résine échangeuse de cations b. Une résine échangeuse d’anions Quelle sera la colonne qui donnera la meilleure séparation ?

Exercice 2 On se propose de séparer par électrophorèse un mélange d’acides aminés : Val, Asp, Lys, His à PH=3.2 Donnez leur carte électrophorétique

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Exercice 3 On veut séparer 3 acides aminés : l’acide L- glutamique, L-leucine et la L- lysine par chromatographie sur une résine polystyrénique substituée par des groupements sulphonates (-SO3-). Les PH isoélectriques de l’acide L- glutamique, L-leucine et la L- lysine sont respectivement : 3.22 ; 5.98 ; 9.74 à 25 °C. On dépose ces 3 acides aminés sur la colonne à PH=2, puis on élue en amenant progressivement le PH à 7.

Quels acides aminés sont élués et dans quel ordre ?

Exercice 4 Le tableau des pks est valable pour toutes les questions dont il est nécessaire.

Acide Aminé(AA) pKa pKb pKr Lys (K) 2.18 8.95 10.53 Val (V) 2.32 9.62 ***** Glu (E) 2.19 9.67 4.25 Met (M) 2.28 9.21 ***** Arg (R) 2.17 9.04 12.48 1. Soit le peptide suivant : Lys-Val-Glu-Met, à PH=4, la charge nette du peptide est : a)+2 b)-2 c)+1 d)-1 2. Le PHi des 4 AA dans l’ordre sont : a)(K) 5.59 b) (V) 5.97 c)(E) 3.22 d) (M) 7.22 3. Soit un mélange de 3 peptides : A/Glu-Cys-Leu-Glu B/Arg- Pro- Cys –Lys C/Val-Ile-Leu-Gly. Le mélange est soumis à une chromatographie échangeuse de cations. L’élution est faite par un gradient de PH allant de 1à13.Si on considère que le pKb de Glu est bloqué.

L’ordre de sortie des 3 peptides est :a)A puis B suivi de C b) B puis C suivi de A c)A puis C suivi de B d) C puis B suivi de A. 4. Le même mélange de la question 2 est soumis à une électrophorèse sur papier à PH=7. Si on considère que pKb de Glu n’est pas bloqué. L’électrophoregramme est : a

-

B

C

A

+

b

-

A

C

B

+

c

-

C

B

A

+

d

-

A

B

C

+

Exercice 5 On cherche à déterminer la séquence d’un peptide X suite aux traitements suivants : - La carboxypeptidase A, ne donne aucun résultat.

- La trypsine n’a aucun effet.

- La chymotrypsine libère un tétrapeptide A, un dipeptide B et un Trp. - Le traitement par l’hydrazine révèle une Lys. - Le traitement de A par l’aminopeptidase détache Glu. 11

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Le traitement de A par le bromure de cyanogène libère 2 peptides dont l’un, traité par DNFB suivi d’hydrolyse acide, montre la présence de DNP-Val. Le traitement de B par la fluorescamine suivi d’hydrolyse acide donne Val fluorescent sous UV. La carboxypeptidase A libère Tyr du peptide B. La séquence de X est : a)Val-Trp-Tyr-Met-Glu-Val-Lys b) Trp-Tyr-Val-Glu-Met-Val-Lys c)Glu–Met-Val-Lys-Val-Tyr-Trp d) Val -Tyr-Trp-Glu-Met-Val-Lys

Exercice 6 Soit le peptide O suivant : Met-Tyr- Leu-Glu-Arg-Lys-Asn-Trp. 1. L’action de la thermolysine libère : a) 2 fragments b) 3 fragments c) 4 fragments d) 1 fragment.

2. L’action de la chymotrypsine sur O libère/ a) 2 fragments b) 3 fragments c) 4 fragments d) 1 fragment.

3. L’hydrolyse chloridrique totale de O donne : a) 1 fragment+2Acide Aminés(AA) b) 2 fragments+2AA c) 8 AA d) 7AA. 4. Apres l’hydrolyse chloridrique totale de O : a)Tyr est modifié b) Gly est modifié c)Asn est modifié d) Aucun AA n’est modifié.

5. Les fragments issu de l’action de la thermolysine sont séparer par chromatographie d’exclusion, l’ordre de sortie est: a)En même temps b) Haut poids moléculaire puis bas poids moléculaire c)1 fragment puis un dipeptide d) bas poids moléculaire puis haut poids moléculaire.

6. On fait agir sur O en même temps c'est-à-dire à la fois les enzymes et les réactifs suivants : la chymotrypsine, la trypsine et le bromure de cyanogène. Le nombre d’acides aminés libérer dans le milieu d’hydrolyse est : a) 1AA b) 2AA c) 8AA d) 3AA.

Exercice 7 Pendant la séparation d’un mélange d’acides aminés contenant Tyr, Arg, Glu, Ala, Asp par chromatographie d’échange d’ions sur résine à PH =9 L’Arg n’a pas été retenu pas cette résine. Quelle est donc la nature de cette résine ?

Exercice 8 Soit le peptide : H2N-Val-Gly-Arg-Tyr-Lys-Asp-Glu-COOH 1) Quelle sera sa migration électrophorétique à PH=6 ?

2) Après l’avoir soumis à l’action de la chymotrypsine, quelle sera la migration du plus petit peptide obtenu ?

Exercice 9 Soit le mélange d’acides aminés suivant : Ala, Tyr, Glu, Asp, Lys. Le mélange est déposé sur une colonne échangeuse d’anions à un certain PH. 1) Indiquer ce PH. 2) Quel est l’ordre d’élution de ces acides aminés ? expliquer.

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Exercice 10 Après avoir effectué une électrophorèse sur papier à PH=X d’un mélange d’AA, on a obtenu les résultats : - Asp migre vers l’anode ; - Lys et Arg migrent vers la cathode ; - Gly et Val restent au voisinage du point de dépôt.

Déterminer l’intervalle dont lequel est compris la valeur du PH de cette électrophorèse.

Exercice 11 Un mélange d’acides aminés suivant : Ala, Tyr, Glu, Arg, Asp, Lys. Le mélange est placé sur une colonne échangeuse d’anions à un certain PH. - A partir de quelle valeur du PH tous les acides aminés seront retenus par cette résine ?

- Indiquer l’ordre d’élution de ces acides aminés(AA) si on ramène progressivement la valeur du PH à 5.2.

- Dites si cette élution est totale ou non ?si non à quelle valeur du PH serait-elle totale ?

Cours Question 1 Pour obtenir le Pourpre de Ruhemane, les produits suivants sont associés a)Ninhydrine oxydée + Ninhydrine réduite + NH3 b) Ninhydrine oxydée + Ninhydrine réduite + R-CHO. c) Ninhydrine oxydée + Ninhydrine réduite + CO2. d) Ninhydrine oxydée + R-CHO. Question 2 Lors de la réaction d’EDMANE : a)On obtient à PH basique le dérivé phénylcarbamyle ; b) On obtient à PH acide le dérivé phénylthiohydantoine ; c)Le dérivé amilinothiazolinone donne le dérivé phénylthiohydantoine d’acide aminé ; d) On obtient à PH acide le dérivé phénylcarbamyle.

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