Biochimie - Acides Aminés, Peptides et Protéines

Fiches de vocabulaire couvrant l'ensemble du cours sur les acides aminés, les peptides, les protéines, leurs propriétés physico-chimiques et leurs méthodes d'étude.

Acide $\alpha$-aminé

Acide aminé dont la fonction amine est portée par le carbone $\alpha$. Il en existe 21 principaux dans le règne animal et végétal, tous de série L (sauf la glycine) et de configuration S (sauf la cystéine et la sélénocystéine qui sont R).

Glycine (Gly, G)

Seul acide aminé dépourvu de carbone asymétrique sur son carbone $\alpha$, le rendant inactif sur la lumière polarisée et sans série optique (ni L, ni D). De faible encombrement stérique, il confère de la flexibilité aux chaînes peptidiques et participe à la structure du collagène.

Masse moyenne d'un acide aminé

Valeur fixée à $110\,\text{Da}$, retenue pour les calculs de masse moléculaire des protéines (par exemple, une protéine de 10 acides aminés possède une masse moyenne de $1100\,\text{Da}$).

Molécule amphotère

Molécule capable de se comporter à la fois comme un acide et comme une base. Les acides aminés possèdent simultanément au moins une fonction acide ($-\text{COOH}$ donnant un proton $\text{H}^+$) et une fonction basique ($-\text{NH}_2$ captant un proton $\text{H}^+$).

Point isoélectrique ($pHi$)

Valeur de $pH$ pour laquelle le bilan net des charges d'un acide aminé est nul grâce à l'équilibre entre les charges positives et négatives, correspondant à la forme zwitterionique où la solubilité dans l'eau est minimale.

Liaison peptidique

Liaison amide rigide formée par condensation entre le groupement carboxylique d'un premier acide aminé et le groupement amine d'un second avec élimination d'une molécule d'eau. Hybridation $sp^2$, atomes C, O, N, H coplanaires et chaînes latérales en configuration TRANS.

Acides aminés aliphatiques (GAVLI)

Groupe constitué de la Glycine, l'Alanine, la Valine, la Leucine et l'Isoleucine, dont la chaîne latérale est uniquement composée de carbone et/ou d'hydrogène.

Valine, Leucine et Isoleucine

Trois acides aminés hydrophobes à fort encombrement stérique dits indispensables, devant être apportés par l'alimentation car le corps humain est incapable de synthétiser la structure en fourche de leur chaîne latérale. La leucine et l'isoleucine sont des isomères.

Acides aminés hydroxylés (Sérine et Thréonine)

Acides aminés polaires non chargés possédant un groupement alcool sur leur carbone $\beta$ (alcool primaire pour la Sérine, secondaire pour la Thréonine), hydrosolubles et servant de sites de modifications post-traductionnelles (phosphorylation et O-glycosylation).

L-Thréonine

Isomère majoritaire de la thréonine dont les deux carbones asymétriques $\alpha$ et $\beta$ possèdent respectivement la configuration stéréochimique S et R (contrairement à la L-allo-Thréonine qui est S, S et dangereuse).

Cystéine (Cys, C)

Acide aminé soufré polaire non chargé dont le carbone $\alpha$ est de configuration R, possédant sur son carbone $\beta$ un groupement thiol ($-\text{SH}$) partiellement ionisable capable d'oxyder deux groupements pour former un pont disulfure covalent.

Pont disulfure

Liaison covalente forte reliant deux cystéines par oxydation et élimination de deux hydrogènes, stabilisant la structure tridimensionnelle des protéines et réversiblement rompue par le $\beta$-mercaptoéthanol ($\beta\text{-ME}$).

Méthionine (Met, M)

Acide aminé soufré hydrophobe renfermant un pont thioéther ($-\text{CH}_2-\text{S}-\text{CH}_3$), principal donneur de groupements méthyle par conversion en homocystéine, et constituant le premier acide aminé incorporé à l'extrémité N-terminale lors de la traduction chez les eucaryotes.

Sélénocystéine

Le $21^{\text{ème}}$ acide aminé, incorporé par traduction, dans lequel l'atome de soufre de la cystéine est remplacé par un atome de sélénium. Il est abondant dans la mitochondrie et participe à l'activité de la glutathion peroxydase.

Acides aminés dicarboxyliques (Aspartate et Glutamate)

Acides aminés très hydrophiles, polaires et chargés négativement à $pH$ physiologique, portant deux fonctions carboxyliques avec un $pHi$ acide voisin de 3. L'aspartate est le plus acide de tous les acides aminés.

Acide gamma-aminobutyrique (GABA)

Amine biogène et neuromédiateur inhibiteur issu de la décarboxylation du carbone $\alpha$ de l'acide glutamique, utilisé notamment dans le traitement de l'épilepsie.

Acides aminés amides (Asparagine et Glutamine)

Dérivés amides chimiquement neutres de l'aspartate et du glutamate résultant du remplacement du groupement $-\text{OH}$ par un groupement $-\text{NH}_2$, dont le $pHi$ est ramené aux environs de 5,6. La glutamine est l'acide aminé le plus abondant dans le sang circulant.

Arginine (Arg, R)

Acide aminé basique portant sur son carbone $\delta$ un noyau guanidinium très basique avec double liaison labile, faisant de lui le plus polaire et le plus hydrophile de tous les acides aminés. C'est le précurseur du monoxyde d'azote ($\text{NO}$).

Histidine (His, H)

Acide aminé basique essentiel possédant un cycle imidazole à formes tautomères dont le $pHi$ est proche de la neutralité (vers 7,6), lui permettant d'agir comme donneur ou accepteur de protons dans les sites catalytiques enzymatiques.

Acides aminés aromatiques (Phe, Tyr, Trp)

Groupe renfermant un cycle polyinsaturé conjugué responsable d'interactions hydrophobes et présentant une absorption maximale dans les ultraviolets entre $260$ et $280\,\text{nm}$.

Phénylcétonurie

Pathologie génétique rare touchant 1 naissance sur 16 000, causée par l'absence ou le déficit en phénylalanine hydroxylase, entraînant l'accumulation sanguine de phénylalanine responsable d'encéphalopathie sévère, de retard mental et d'une dépigmentation cutanée.

Proline (Pro, P)

Iminoacide cyclique hydrophobe renfermant une fonction amine secondaire incluse dans un cycle pyrrole, imposant un angle de courbure de $110^\circ$ à la chaîne polypeptidique et empêchant la formation de certaines liaisons hydrogène des hélices $\alpha$.

Acides aminés essentiels

Acides aminés non synthétisés par l'organisme humain et devant obligatoirement être apportés par l'alimentation : Isoleucine, Phénylalanine, Leucine, Thréonine, Méthionine, Valine, Lysine et Tryptophane (l'Histidine et l'Arginine pouvant faire l'objet de carences chez l'enfant).

Transamination

Réaction catalysée par des transaminases transférant la fonction amine d'un acide aminé sur un corps cétonique pour former un nouvel acide aminé et un nouvel acide cétonique, essentielle au maintien de la réserve intracellulaire.

Acide gamma-carboxyglutamique

Dérivé formé par $\gamma$-carboxylation de l'acide glutamique, portant deux groupements $-\text{COO}^-$ capables de chélater les ions calcium ($\text{Ca}^{2+}$), jouant ainsi un rôle physiologique majeur dans la coagulation sanguine.

Urée

Molécule hydrosoluble et non toxique synthétisée dans le foie à partir de l'arginine (via l'arginase et l'iso-urée), transportée par le sang et éliminée par voie rénale pour évacuer l'ammoniac ($\text{NH}_3$) toxique.

Histamine

Amine bioactive issue de la décarboxylation de l'histidine, stockée dans les granules des polynucléaires basophiles et des mastocytes, agissant comme médiateur de l'allergie avec un rôle vasodilatateur, bronchoconstricteur et stimulant de la sécrétion gastrique.

Sérotonine (5-hydroxytryptamine)

Neuromédiateur dérivé du tryptophane après 5-hydroxylation puis décarboxylation, impliqué dans la régulation du sommeil et de l'humeur, vasoconstricteur stocké dans les plaquettes sanguines et précurseur de la mélatonine.

Catécholamines

Ensemble d'amines dérivées de la tyrosine comprenant la Dopamine, la Noradrénaline et l'Adrénaline, principalement sécrétées par la médullosurrénale en réponse au stress avec des effets hyperglycémiants, lipolytiques et cardiovasculaires.

Hormones thyroïdiennes ($T_3$ et $T_4$)

Hormones issues de la condensation et de l'iodation de résidus tyrosine sur la thyroglobuline. La triiodothyronine ($T_3$, 3 iodes) est la forme active, tandis que la tétraiodothyronine ($T_4$, 4 iodes) est la forme de réserve convertie en $T_3$ par la $5'\text{-désiodase}$.

Maladie de Basedow

Forme d'hyperthyroïdie d'origine auto-immune touchant préférentiellement les femmes jeunes, caractérisée par une surproduction d'hormones thyroïdiennes, une hypertrophie de la glande thyroïde, une exophtalmie et une accélération métabolique générale.

Ninhydrine

Réactif chimique réagissant avec les acides aminés pour donner une coloration violette/bleue, à l'exception de la proline et de l'hydroxyproline qui donnent une coloration jaune.

Glutathion

Tripeptide antioxydant (Glu-Cys-Gly) relié par une liaison pseudo-peptidique entre la fonction $\gamma\text{-carboxylique}$ du glutamate et le groupement amine de la cystéine. Le couple redox $2\,\text{GSH} \rightleftharpoons \text{GSSG}$ neutralise les peroxydes nocifs ($\text{H}_2\text{O}_2$).

Hélice $\alpha$

Structure secondaire droite périodique stabilisée par des liaisons hydrogène intrachaînes et des interactions hydrophobes internes, présentant un pas de $0{,}54\,\text{nm}$ composé de $3{,}6$ résidus par tour, excluant généralement la proline.

Feuillet $\beta$

Structure secondaire étirée constituée de chaînes peptidiques reliées par des liaisons hydrogène transversales, dont la forme antiparallèle est la plus stable, avec une distance de $3{,}5\,\text{Å}$ entre deux acides aminés successifs.

Structure tertiaire

Conformation tridimensionnelle globale de la chaîne polypeptidique repliée sur elle-même formant les domaines fonctionnels, stabilisée par des interactions faibles (hydrophobes, de Van der Waals, hydrogène, ioniques) et des ponts disulfures covalents.

Structure quaternaire

Agencement spatial d'une protéine oligomérique résultant de l'association de plusieurs sous-unités identiques ou différentes par des liaisons non covalentes (l'albumine étant un monomère, elle en est dépourvue).

Bromure de cyanogène

Agent chimique utilisé dans l'analyse de la séquence primaire des protéines pour cliver spécifiquement les liaisons peptidiques situées du côté C-terminal des résidus de méthionine.

Trypsine

Endopeptidase digestive clivant les liaisons peptidiques au niveau de l'extrémité C-terminale des acides aminés basiques chargés positivement, à savoir la Lysine (Lys) et l'Arginine (Arg).

Isoélectrofocalisation (IEF)

Méthode d'électrophorèse séparant les protéines sous l'action d'un champ électrique le long d'un gradient continu de $pH$, chaque protéine migrant jusqu'à la zone où le $pH$ est égal à son point isoélectrique ($pHi$).

SDS-PAGE

Technique d'électrophorèse dénaturante utilisant le sodium dodécyl sulfate pour conférer une densité de charge négative uniforme aux chaînes polypeptidiques dénaturées, permettant leur séparation analytique exclusivement en fonction de leur masse moléculaire.

Kératine

Protéine fibreuse riche en hélices $\alpha$, en acides aminés apolaires insolubles et en cystéines formant de multiples ponts disulfures, synthétisée par les kératinocytes pour constituer les phanères (cheveux, ongles, cornes).

Collagène de type I

Protéine de structure la plus abondante du règne animal, formée d'une triple hélice droite associant trois chaînes hélicoïdales gauches caractérisées par la répétition de motifs Gly-X-Y (souvent proline et hydroxyproline).

Ostéogenèse imparfaite (maladie des os de verre)

Pathologie génétique (1/10 000 à 1/20 000 naissances) causée par une mutation touchant les gènes codant les chaînes du collagène de type I, entraînant fragilité, faible masse osseuse et déformations squelettiques.

Myoglobine

Hémoprotéine monomérique musculaire de $17\,\text{kDa}$ (153 acides aminés, 8 hélices $\alpha$) renfermant un groupement hème ($\text{Fe}^{2+}$), présentant une très forte affinité pour l'oxygène et une courbe de saturation hyperbolique.

Hémoglobine

Hémoprotéine tétramérique érythrocytaire de $68\,\text{kDa}$ ($2\alpha$ de 141 AA et $2\beta$ de 146 AA) transportant l'oxygène grâce à 4 groupements hèmes, caractérisée par une courbe de saturation sigmoïde traduisant un effet allostérique coopératif.

Monoxyde de carbone ($\text{CO}$) vis-à-vis de l'hémoglobine

Gaz asphyxiant toxique entrant en compétition directe avec le dioxygène pour la fixation sur le fer ferreux de l'hème, pour lequel l'hémoglobine possède une affinité 250 fois supérieure à celle de l'oxygène.