I. Définition et structure générale
Définition
- Unités de base (monomères) des protéines
- Composés organiques portant au moins un groupe amine (–NH₂) et un groupe carboxylique (–COOH)
- 20 AA protéinogènes = codés par le génome humain = constituent les protéines
- Environ 250 AA non protéinogènes existent dans la nature
- Les 20 AA de base sont aussi appelés AA standard
Structure générale d'un AA
- Carbone α (Cα) central asymétrique
- Groupe amine (–NH₂) en bleu
- Groupe carboxyle (–COOH) en rouge
- Atome H
- Chaîne latérale R = ce qui différencie les AA
- Le Cα est asymétrique pour tous les AA sauf la Glycine (R = H → pas de chiralité)
- Configuration L pour les AA des protéines (sauf Gly sans carbone asymétrique)
NH₂ — Cα(H)(R) — COOH
La chaîne R est la seule variable entre les 20 AA. Tous ont le même squelette NH₂–Cα–COOH.
La glycine est le seul AA sans carbone asymétrique (R = H) → pas de stéréoisomères, pas de pouvoir rotatoire.
II. Abréviations des 20 acides aminés (Margaret Dayhoff)
Règles des abréviations
Code 3 lettres : 2 premières lettres du nom + 3ème lettre avec le son le plus élevé. Ex : Trp (Tryptophane)Code 1 lettre : première lettre du nom ou lettre avec la sonorité la plus élevée. Créé par Margaret Dayhoff
| Acide aminé | 3 lettres | 1 lettre | Essentialité | Groupe |
|---|---|---|---|---|
| Glycine | Gly | G | Non-ess. | Apolaire aliphatique |
| Alanine | Ala | A | Non-ess. | Apolaire aliphatique |
| Valine | Val | V | Essentiel | Apolaire aliphatique |
| Leucine | Leu | L | Essentiel | Apolaire aliphatique |
| Isoleucine | Ile | I | Essentiel | Apolaire aliphatique |
| Méthionine | Met | M | Essentiel | Apolaire aliphatique (soufré) |
| Proline | Pro | P | Non-ess. | Apolaire aliphatique (cyclique) |
| Phénylalanine | Phe | F | Essentiel | Aromatique (hydrophobe) |
| Tryptophane | Trp | W | Essentiel | Aromatique (noyau indole, hydrophobe) |
| Tyrosine | Tyr | Y | Non-ess. | Aromatique (polaire) |
| Sérine | Ser | S | Non-ess. | Polaire non ionisable |
| Thréonine | Thr | T | Essentiel | Polaire non ionisable |
| Asparagine | Asn | N | Non-ess. | Polaire non ionisable |
| Glutamine | Gln | Q | Non-ess. | Polaire non ionisable |
| Cystéine | Cys | C | Non-ess. | Polaire non ionisable (soufre –SH) |
| Acide aspartique | Asp | D | Non-ess. | Polaire ionisable acide — pKR = 3,5 |
| Acide glutamique | Glu | E | Non-ess. | Polaire ionisable acide — pKR = 4,5 |
| Histidine | His | H | Semi-ess. | Polaire ionisable basique — noyau imidazole — pKR = 6,0 |
| Lysine | Lys | K | Essentiel | Polaire ionisable basique — pKR = 10,5 |
| Arginine | Arg | R | Semi-ess. | Polaire ionisable basique — fonction guanidine — pKR = 12,5 |
⚠️ Essentialité — À retenir par cœur
8 essentiels (non synthétisés par l'organisme) : Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Thr, Trp, Val2 semi-essentiels (parfois nécessaires via alimentation) : Arg, His
10 non-essentiels (synthétisés par l'organisme) : Ala, Asn, Asp, Cys, Gln, Glu, Gly, Pro, Ser, Tyr
⚠️ Non-essentiel ≠ inutile ! Cela signifie seulement que l'organisme peut le synthétiser lui-même. Ces AA sont tout aussi importants pour le fonctionnement cellulaire.
Moyen mnémotechnique essentiels : "ILe LeucKe Met Phe Thr Trp Val" → Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Thr, Trp, Val
Thr, Lys, Tyr, Met et Trp sont amphipatiques : idéaux pour former des interfaces entre zones hydrophobes et hydrophiles.
III. Classification par chaîne R
1. R apolaire aliphatique — Hydrophobes
| AA | Particularités QCM |
|---|---|
| Glycine (Gly, G) | R = H (le plus petit) · Pas de C asymétrique · Pas de pouvoir rotatoire · ≈ 5% des AA des protéines · Défavorise hélice α · Très enrichie dans collagène · Neurotransmetteur |
| Alanine (Ala, A) | R = CH₃ · AA le plus simple avec un C asymétrique |
| Valine (Val, V) | Essentiel · Chaîne branchée |
| Leucine (Leu, L) | Essentiel · Chaîne branchée |
| Isoleucine (Ile, I) | Essentiel · 2 carbones asymétriques |
| Méthionine (Met, M) | Essentiel · Soufré · 1er AA incorporé en traduction · Donneur de méthyle (CH₃) · Marquage au ³⁵S |
| Proline (Pro, P) | Seul AA à amine secondaire · R cyclique · Défavorise hélice α · Génère des coudes · Enrichie dans collagène |
⚠️ Interactions hydrophobes — Rôle structural clé
Les AA apolaires aliphatiques participent aux interactions hydrophobes (dipôle instantané / dipôle instantané).Ils jouent un rôle important dans la stabilisation des structures tertiaire et quaternaire des protéines.
Hydrophobie croissante dans ce groupe : Gly → Ala → Val → Leu/Ile (taille R croissante)
2. R aromatique
| AA | Particularités QCM |
|---|---|
| Phénylalanine (Phe, F) | Essentiel · Noyau benzène · Hydrophobe · Absorbe à 260 nm · Précurseur de la Tyrosine · Phénylcétonurie si conversion impossible |
| Tryptophane (Trp, W) | Essentiel · Noyau indole · Hydrophobe · Le plus volumineux · Le plus rare (~1%) · Détruit par hydrolyse acide · Fluorescence intrinsèque la plus forte · Absorbe à 280 nm · Précurseur sérotonine et mélatonine |
| Tyrosine (Tyr, Y) | Non-essentiel · Noyau benzène + –OH · Polaire (contrairement à Phe et Trp) · Absorbe à 275 nm · Phosphorylable · Faible pouvoir oxydo-réducteur · Fréquente dans le site actif des enzymes · Dérivée de Phe par hydroxylation |
Phe et Trp = hydrophobes / Tyr = polaire (le –OH la rend polaire). Trp = seul avec noyau INDOLE.
3. R polaire non ionisable (non chargé à pH physiologique)
| AA | Groupement R | Particularités QCM |
|---|---|---|
| Sérine (Ser, S) | –CH₂–OH | ≈ 4% des AA des protéines · R non ionisable quel que soit le pH · Phosphorylable · Glycosylable |
| Thréonine (Thr, T) | –CH(OH)–CH₃ | Essentiel · R non ionisable quel que soit le pH · 2 C asymétriques |
| Asparagine (Asn, N) | –CH₂–CO–NH₂ | ≈ 3% des AA des protéines · R non ionisable quel que soit le pH · Cible de la N-glycosylation |
| Glutamine (Gln, Q) | –(CH₂)₂–CO–NH₂ | ≈ 9% des protéines · R non ionisable quel que soit le pH · AA le plus abondant dans le sang |
| Cystéine (Cys, C) | –CH₂–SH | R non ionisable à pH physiologique · Seul AA capable de ponts disulfures (entre 2 Cys) · Le groupement thiol (–SH) s'oxyde facilement → forme la cystine · Thiol très réactif |
| Tyrosine (Tyr, Y) | –CH₂–C₆H₄–OH | R non ionisable à pH physiologique · Aussi aromatique · Phosphorylable |
4. R polaire ionisable — Acides (chargés – à pH physiologique)
| AA | pKR | Particularités QCM |
|---|---|---|
| Acide aspartique (Asp, D) | 3,5 | R polaire acide · Chargé négatif à pH 7 · Neurotransmetteur excitateur |
| Acide glutamique (Glu, E) | 4,5 | R polaire acide · Chargé négatif à pH 7 · Précurseur du GABA (neurotransmetteur) |
5. R polaire ionisable — Basiques (chargés + à pH physiologique)
| AA | pKR | Particularités QCM |
|---|---|---|
| Histidine (His, H) | 6,0 | Semi-essentiel · Noyau imidazole · pKR ≈ 6 → peut être chargé + ou neutre à pH physiologique (7,4) |
| Lysine (Lys, K) | 10,5 | Essentiel · Fortement basique · Acétylable (histones) · Hydroxylable (collagène) · Méthylable (histones) |
| Arginine (Arg, R) | 12,5 | Semi-essentiel · Fonction guanidine · AA le plus basique · Hydrolysée par l'arginase → ornithine + urée (cycle de l'urée) |
pKR des basiques : His (6,0) < Lys (10,5) < Arg (12,5) → Arg est le plus basique des 3.
pKR des acides : Asp (3,5) < Glu (4,5) → les 2 sont chargés négatifs à pH physiologique (7,4).
IV. Propriétés des acides aminés
A. Amphotérisme — Zwitterion et pHi
Zwitterion (sel interne)
- Les AA possèdent à la fois un groupe acide (–COOH) et un groupe basique (–NH₂)
- → Caractère amphotère
- À pH intermédiaire : l'AA existe sous forme de zwitterion (ion dipolaire) : –COO⁻ et –NH₃⁺
- Charge globale = 0
pHi — Point isoélectrique
- pH pour lequel l'AA a une charge globale nulle
- Au pHi, la charge nette est nulle (phrase exacte du cours)
- L'AA existe sous forme d'ion dipolaire au pHi
- pH < pHi → AA chargé positivement (cation) → migre vers la cathode (–)
- pH > pHi → AA chargé négativement (anion) → migre vers l'anode (+)
- pH = pHi → charge nulle, ne migre pas
Calcul du pHi
AA neutres : pHi = (pKa₁ + pKa₂) / 2 = moyenne des 2 pKaAA basiques : pHi = moyenne des pKa basiques (les plus élevés)
AA acides : pHi = moyenne des pKa les plus faibles (acides)
Pour un AA standard : pKα-COOH ≈ 2,5 / pKα-NH₂ ≈ 10,0 → pHi ≈ 6,0–6,5
Évolution de la charge en fonction du pH (AA simple)
pH < 2 : forme cation (+) → R–CH(COOH)(NH₃⁺)pH ≈ 2,5 = pKα-COOH → 50% cation / 50% zwitterion
pH ≈ 6 (pHi) : zwitterion → R–CH(COO⁻)(NH₃⁺) → charge nulle
pH ≈ 10 = pKα-NH₂ → 50% zwitterion / 50% anion
pH > 10 : forme anion (–) → R–CH(COO⁻)(NH₂)
B. Électrophorèse des AA
Principe de l'électrophorèse
On fait migrer les AA dans un gel sous l'action d'un champ électrique.Les AA se séparent selon leur charge, donc selon leur pHi.
La ninhydrine est utilisée pour détecter les AA individuels.
Exemple : Arginine (pI = 10,76) → chargée + → migre vers cathode / Aspartate (pI = 2,98) → chargée – → migre vers anode / Alanine (pI = 6,02) → neutre → reste au centre
L'électrophorèse sépare les AA selon leur pHi. AA basique (Arg, Lys, His) → pHi élevé → charge + → cathode. AA acide (Asp, Glu) → pHi bas → charge – → anode.
V. Modifications post-traductionnelles des AA dans les protéines
⚠️ Ces modifications affectent localisation, trafic, activité de la protéine
| AA | Phosphorylation | Acétylation | Hydroxylation | Méthylation | Ponts disulfures | Glycosylation |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Sérine | OUI | OUI | ||||
| Thréonine | OUI | OUI | ||||
| Tyrosine | OUI | |||||
| Lysine | OUI (histones) | OUI (collagène, histones) | OUI (histones) | |||
| Histidine | OUI | |||||
| Proline | OUI (collagène) | |||||
| Asparagine | OUI | |||||
| Cystéine | OUI ⭐ |
⚠️ Points critiques QCM
- Cystéine = seul AA capable de réaliser des ponts disulfures (entre 2 Cys → Cystine)
- L'extrémité NH₂ terminale peut être protégée par acétylation
- Asp et Glu peuvent subir des réactions de carboxylation
- Ser, Thr, Tyr = les 3 AA phosphorylables (rôle clé en signalisation cellulaire)
VI. AA rares et dérivés importants
AA rares (modifiés après traduction)
| Dérivé | AA d'origine | Rôle |
|---|---|---|
| 4-OH Proline / 5-OH Proline | Proline | Présente sous forme hydroxylée ou non dans le collagène · Réticulation du collagène (résistance mécanique) · Pôle hydrophile supplémentaire (–OH) → réactivité chimique |
| γ-carboxyl Glu (Gla) | Ac. glutamique | Fixe les ions Ca²⁺ · La carboxylation dépend de la vitamine K · Présent dans prothrombine (coagulation) et ostéocalcine (os) · Facilite fixation Ca²⁺ et phosphore dans les os |
| Sélénocystéine | Cystéine | Soufre → Sélénium · Présent dans glutathion peroxydase (anti-radicaux libres) et enzymes du métabolisme des hormones stéroïdiennes · Considérée comme le 21ᵉ AA car formée AVANT la traduction (contrairement aux autres dérivés formés après) |
Dérivés des AA — Applications médicales importantes
| Dérivé | AA précurseur | Rôle / Importance |
|---|---|---|
| Sérotonine (5-HT) | Tryptophane | Neurotransmetteur · Contrôle satiété, douleur, sommeil, humeur (dépression) |
| Mélatonine | Tryptophane | Produite par l'épiphyse · Production augmente pendant la nuit · Régule le cycle veille-sommeil · Antioxydant · Rôle protecteur contre le vieillissement du SNC · Neuromédiateur |
| Tryptamine | Tryptophane | Vasoconstricteur puissant (décarboxylation) |
| GABA | Acide glutamique | Neurotransmetteur inhibiteur (décarboxylation du Glu) |
| Histamine | Histidine | Décarboxylation · Présente dans mastocytes · Libérée lors d'allergies/inflammation · Vasodilatation · Stimule sécrétion HCl → ulcères gastriques |
| Tyramine | Tyrosine | Vasoconstricteur puissant |
| Éthanolamine (Colamine) | Sérine | Décarboxylation · Précurseur de la choline (présente dans glycérophospholipides) |
| Ornithine + Urée | Arginine | Hydrolyse par l'arginase → cycle de l'urée |
| Putrescine / Cadavérine | Ornithine / Lysine | Diamines formées par décarboxylation bactérienne intestinale |
| Taurine | Cystéine | Présente dans la bile (acide taurocholique) |
| Homocystéine | Méthionine | Produit de déméthylation de la Met · Trouvé dans le sang |
| PCA (acide pyroglutamique) | Glu / Gln | Cyclisation de l'Ac. glutamique ou Gln → trouvé dans certains peptides (TRH) |
⚠️ Phénylcétonurie — Maladie à connaître
Maladie métabolique héréditaire : la Phénylalanine ne peut pas être convertie en Tyrosine.→ Accumulation de Phe → production d'acide phénylpyruvique en grande quantité
→ La Tyrosine devient indispensable (essentielle) chez ces patients
→ Retard mental si non traitée (régime sans Phe dès la naissance)
VII. Dérivés soufrés des AA
Cystéine → Taurine
Taurine présente dans la bile sous forme de dérivé conjugué aux acides choliques (acide taurocholique)
Méthionine → Homocystéine
L'homocystéine est le produit de déméthylation de la méthionine, trouvée dans le sang. Marqueur de risque cardiovasculaire.
🎯 Récapitulatif QCM — Points les plus testés
🔴 Retenir absolument
- 20 AA protéinogènes, ~250 non protéinogènes
- Gly = seul sans C asymétrique (R = H)
- Pro = seul avec amine secondaire (cyclique)
- Ile = 2 C asymétriques
- Met = 1er AA incorporé en traduction
- Cys = seul capable de ponts disulfures
- Sélénocystéine = 21ᵉ AA, formée AVANT traduction
- Tyr = aromatique MAIS polaire (–OH)
- Trp = noyau indole (unique)
- His pKR = 6,0 / Lys pKR = 10,5 / Arg pKR = 12,5
- Asp pKR = 3,5 / Glu pKR = 4,5
- pHi = charge nulle → ne migre pas en électrophorèse
- Sérotonine vient du Trp / Histamine vient de His
- GABA vient de l'Ac. glutamique
🟢 Distinctions clés QCM
- Essentiel ≠ indispensable (non-ess. tout aussi importants)
- Arg et His = semi-essentiels (pas essentiels, pas non-essentiels)
- Phe + Trp = hydrophobes / Tyr = polaire (parmi les aromatiques)
- Ser/Thr/Asn/Gln/Cys/Tyr = polaires NON ionisables à pH 7
- Asp/Glu = acides (chargés –) / His/Lys/Arg = basiques (chargés +)
- pH < pHi → cation (+) / pH > pHi → anion (–)
- Ponts disulfures = entre 2 Cys (jamais une seule)
- Mélatonine = Trp / Sérotonine = Trp / GABA = Glu / Histamine = His
- Hydroxylation Lys et Pro → collagène (résistance mécanique)
- Phosphorylation : Ser, Thr, Tyr (signalisation)