Chapitre 11 : Les amino-‐acides I) Définitions et rappels

UNIVERSITE DES ANTILLES Faculté de médecine Cours de Mr PELMARD Robert rpelmard@univ-­‐ag.fr Les cours seront complétés par la suite. Chapitre 11 : Les amino-­‐acides I) Définitions et rappels Les amino-­‐acides sont des molécules qui comportent une liaison acide carboxylique et une liaison amine. On ne parlera que des α-­‐amino-­‐acides. Si une fonction acide carboxylique et une fonction amine sont présentes sur un même atome de carbone, alors on est en présence d’un α-­‐amino-­‐acide : Carbone en alpha α
H
α
R
R= Chaîne latérale
Fonction acide et fonction amine sont sur le même
atome de carbone= α-amino-acide
O
C
OH
H2N
Les réactions des amino-­‐acides entre eux donnent des protéines ou des peptides. Le carbone α est optiquement actif (R≠H). Le carbone α de l’α-­‐amino-­‐acide sera R ou S ; L ou D. La série D est synthétisée en laboratoire. Naturellement, on ne trouve que les acides-­‐aminés de la série L. CRAM
Fischer
COOH
COOH
H2N
C
S
H
H 2N
S
C
H
R
R
La configuration du carbone est S
Série L NH2 à gauche
Seule, l’acide-­‐aminé Glycine, qui ne possède pas de carbone assymétrique Chez l’humain, 21 amino-­‐acides sont présents dans ses protéines : La nomenclature des α-­‐amino-­‐acides Les amino-­‐acides ne diffèrent que par leur chaîne latérale R. Cette chaîne pourra changer l’acidité, la basicité, la polarité, le point isoélectrique, etc… de l’amino-­‐acide. Chaque amino-­‐acide a un nom qui lui est propre. Les biologistes ont mis en place une nomenclature composé de 3 lettres pour désigner l’amino-­‐acide : Val pour Valine ; Tyr pour Tyrosine ; Leu pour Leucine etc… Les chimistes ont simplifié cette nomenclature en désignant l’amino-­‐acide par une lettre : V pour Valine ; Y pour Tyrosine ; L pour Leucine ; etc.. En chimie, on ne vous demande pas de connaître exactement les formules des amino-­‐
acides. Les amino-­‐acides sont classés en 4 catégories suivant la nature de la chaîne latérale R et pH=7: -­‐ Chaîne latérale lipohile donc, hydrophobe -­‐ Chaîne latérale hydrohile donc, lipophobe -­‐ Chaîne latérale acide (L’amino-­‐acide comportera plus d’une fonction acide et sera chargé négativement à pH=7) -­‐ Chaîne latérale basique (L’amino-­‐acide comportera plus d’une fonction basique et sera chargé positivement à pH=7) Liste des acides-­‐aminés hydrophiles : Asparagine, Cystéïne, Glutamine, Sérine, Thréonine, Tyrosine Liste des acides-­‐aminés hydrophobes : Glycine, Alanine, Isoleucine, Méthionine, Proline, Triptophane, Valine, Leucine, phénylalanine, Cystéine. Liste des acides : Acide aspartique, Acide glutamique Liste des basiques : Arginine (possède une fonction très basique appelée : guanidine), histidine, Lysine. La série D est synthétisée en laboratoire, : L-­‐Valine est appelée V. D-­‐Valine est appelée v. Les chimistes ont remplacés la lettre majuscule par la lettre minuscule pour désigner la série D. II)
Point isoélectrique Il est intéressant de remarquer que l’amino-­‐acide est une molécule amphotère. (Présence d’une fonction acide (COOH) et d’une fonction basique (NH2)). De ce fait, l’amino-­‐acide sera très sensible au pH : Remarque : J’ai appris à mettre les δ+ δ-­‐ dans mes schémas. J’ai repris une notation normale, Dés que vous verrez une charge plus, ce sera effectivement une charge plus, idem pour la charge -­‐. Je vais choisir la charge entouré d’un cercle. Je reprendrai tous les autres schémas pour vous des précédents chapitres. Merci pour votre compréhension. Vos tuteurs sont en relation permanente et journalière avec moi, n’hésitez pas à leurs demander des explications. O
O
C
R
OH
C
C
O
C
H
H
R
NH2
Zwitterion: présence de
2 charges opposées sur
la même molécule
Molécule neutre
NH3
A pH neutre de l'amino-acide
A ne pas confondre avec le pH neutre de l'eau=7
A ce pH, la forme zwitterionique sera prépondérante
= charge +
=charge -
L’amino-­‐acide à pH neutre de l’amino-­‐acide existera sous la forme zwitterionique et ce pH neutre possède un nom particulier : Point isoélectrique ou point isoionique. Au point isoélectrique, l’amino-­‐acide sera neutre et l’équilibre précédent sera présent. L’amino-­‐acide en milieu acide H+. L’acide H+ cherchera le site basique de l’amino-­‐acide et réagira avec ce dernier : O
O
C
R
OH
C
C
O
C
H
H
R
NH2
Zwitterion: présence de
2 charges opposées sur
la même molécule
Molécule neutre
NH3
H+
L'acide-aminé en milieu acide
O
R
C
OH
C
H
NH3
En milieu acide, l’amino-­‐acide est chargé positivement. L’amino-­‐acide en milieu basique. La base cherchera et réagira avec le site acide de l’amino acide : O
O
C
R
C
OH
C
O
C
H
H
R
NH2
Zwitterion: présence de
2 charges opposées sur
la même molécule
Molécule neutre
NH3
OHL'acide-aminé en milieu basique
L'amino-acide est chargé négativement
véritable charge négative
O
C
O
+
R
C
H2O
H
NH2
L’amino-­‐acide aura un pKa1 pour la fonction acide et un pKa2 pour la fonction basique, alors le calcul du point isoélectrique est : pI= (pKa1 + pKa2) ⁄ 2 Attention : cette formule est applicable pour les amino-­‐acides non acides et les amino-­‐acides non basiques : Le pI de la glycine est pI= (2,34 + 9,60) / 2 = 5,97 A pH = 5,97 qui est le point isoélectrique, la glycine est neutre (Zwitterion). Pour l’alanine : (2,34 + 9,69) / 2 = 6,015. Un acide-­‐aminé basique ou acide présentera 3 pka : L’acide-­‐aminé acide ou basique: L’acide-­‐aminé acide : Acide aspartique : Acide aspartique possède une deuxième fonction acide
O
pKa2= 3,7
OH
pI = (1,9 + 3,7) / 2 = 2,8
COOH
H2N
pKa1= 1,9
pKa"= 9,6
L'amino-acide étant acide, on ne prendra que les pKa des
fonctions acides pour le calcul du pI
Ne pas prendre en compte
Un α−amino-acide basique: LA LYSINE
pKa3 = 10,5
H2N
pI = (10,5 + 8,9) /2 = 9,7
pKa1 = 2,18
pKa2 = 8,9
COOH
Ne pas prendre en compte
H2N
Les valeurs des pKa ne sont pas à connaître. III) Domaine de prédominence en fonction du pH En fonction du pH, l’amino-­‐acide sera en équilibre sous une forme bien déterminéé ou coexistera avec une autre forme : Anion
Cation
R
H
H
H
C
R
COOH
R
COOH
pKa1
pI
C
COO
NH2
NH2
NH3
Acide
C
Basique
pH
pKa2
A un pH acide inférieur au pKa1, l’amino-­‐acide sera sous la forme cationique. Au pH = pKa1, la coexixtence des 2 formes cationique et zwitterionique. Au pH = pI, l’amino-­‐acide sera sous la forme zwitterionique. Au pH = pKa2, une coexistence des phases zwitterionique et basique. Au pH supérieur à pKa2, la forme basique sera prédominante. Cas d’un acide-­‐aminé acide : Acide-aminé acide
Cation
H
HOOC
Anion
Charge nulle
HOOC
C
COOH
n
C
COO
n
C
COO
NH3
NH3
pKa1
n
C
Basique
pI
COO
NH2
NH3
Acide
H
OOC
H
OOC
n
Charge -2
Charge -1
H
pH
pKa2
A vous de vous entraîner sur l’amino-­‐acide basique. IV) Réactivité des amino-­‐acides Les amino-­‐acides sont les éléments constitutifs des peptides et des protéïnes. Comme peptide, on peut avoir un dipeptide, c’est la condensation de deux acides-­‐
aminés, un tripeptide, c’est la condensation de trois acides aminés. Une proté¨ne, c’est la condensation d’untrès grand nombre d’amino-­‐acides. La fonction acide d’un acide-­‐aminé A réagit sur la fonction amine de l’autre acide-­‐
aminé pour former la liaison peptidique : Cas général
acide-aminé A écrit sous cette forme:
H2N
A
Faisons réagir A sur B COOH
acide-aminé B écrit sous cette forme:
H2N
B
COOH
O
H 2N
A
COOH
+
H2N
B
COOH
H2N
A
C
H
N
B
COOH
Liaison peptidique
amide
On remarque que A possède une fonction acide et amine. La réaction précédente montre que la fonction acide de A a réagi avec la fonction amine de B. On remarque également que rien n’empêche à la fonction amine de A de réagir avec la fonction acide de B. En définitive, les réactions pour la synthèse des peptides et des protéïnes est délicate et certaines précautions et manipulations doivent être prises au préalable : On protège la fonction acide de A, cette protection empêchera la fonction acide de réagir. Cet acide-­‐aminé protégé ne pourra réagir que par sa fonction amine. Cette fonction amine réagira avec la fonction acide de B. En fin de réaction, on déprotégera la fonction acide. Merrifield a mis au point une synthèse pour les protéïnes : Il bloque l’acide aminé sur une résine plastique en fixant la fonction acide sur la résine, par conséquent, l’acide-­‐aminé bloqué ne pourra réagir que par sa fonction amine. Il fait réagir B qui va se fixer à A. Il jette la solution. Il continue avec un autre acide aminé C etc….. A la fin de la réaction, il détache par voie chimique sa protéïne. Sachez que des méthodes de protection, déprotection existent, et elles permettent la synthèse des protéïnes, si ces précautions ne sont pas prises, on obtient un affreux mélange….