peptides faculté des sciences département snv i- définition
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Université d’Alger 1 Banyoucef Benkhedda
Faculté des Sciences
Département SNV
2ème année SNV (S3)
Module: Biochimie
Année universitaire: 2020/2021
Structure et propriétés physico-chimiques des protéines
II- Peptides
Peptides I- Définition
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Peptides: composés naturels ou synthétiques issus de l'enchaînement limités d'AA entre eux par liaisons covalentes: les liaisons peptidiques. Ce sont donc des polymères composés de monomères, les AA. Si le nombre d'AA ≤ 10 = oligopeptide 10 ≤ AA ≤ 100 = polypeptide AA ≥ 100 = protéine. Les chaînes peptidiques diffèrent par le nombre, la nature et l'ordre des aminoacides.
Peptides I- Définition
Peptides II- Définition
La liaison peptidique : Condensation du groupement α carboxyl d'un acide aminé AA1 avec le groupement α aminé d'un second acide aminé AA2 avec élimination d'une molécule d'H2O. Formation amide secondaire liaison peptidique
Groupement Carboxylique AA1
Groupement Amine AA2
AA1 AA2
* *
Liaisons peptidique
Dipeptides N-terminal
C-terminal
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La polarité de la liaison peptidique : Comme l'oxygène est plus électronégatif que l'azote, les électrons délocalisés de la liaison peptidique sont plus proches de l'oxygène : la liaison peptidique est donc polaire.
Peptides II- Caractéristiques de la Liaison peptidique
L’oxygène carbonyle porte une charge partielle négative et l'azote une charge partielle positive. Tous deux peuvent former une liaison hydrogène. Le caractère partiellement double de la liaison peptidique empêche la rotation autour de la liaison C-N. En conséquence, le groupe peptidique est confiné dans un plan. Il existe cependant une liberté de rotation autour des liaisons Cα-C et N-Cα.
.
Peptides II- Caractéristiques de la Liaison peptidique
Stéréochimie de la liaison peptidique : La structure de la liaison peptidique est particulière. Les groupements C=0 et N-H sont parallèles et les atomes C, O, N et H sont coplanaires. Cette liaison simple se comporte comme une double liaison en raison D’un équilibre entre deux formes mésomériques.
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Peptides II- Caractéristiques de la Liaison peptidique
La conformation de la liaison peptidique: Deux configurations sont possibles : Cis et Trans. La liaison peptidique à le caractère d'une liaison double partielle qui peut adopter une configuration Cis ou Trans. Elle est presque exclusivement trouvée dans la conformation trans dans les protéines car cette conformation est plus favorable stériquement. Exception: 10% des prolines dans les protéines sont en configuration Cis. Des sérines et d’autres AA dans les sites à caractère dynamique se trouvent parfois dans la configuration Cis pour précharger l’enzyme avec de l’énergie pour la catalyse
Peptides II- Caractéristiques de la Liaison peptidique
La stabilité de la liaison peptidique : La formation de la liaison peptidique n’est pas favorisée thermodynamiquement (AG =+10 kJ/mol à température ambiante. En l’absence de catalyseur, la liaison peptidique est à peu près stable. Par contre elle est rapidement hydrolysée en conditions extrèmes ou en présence d’un catalyseur convenable. Comme l’hydrolyse de la liaison peptidique et favorisée thermodynamiquement, la réalisation de cette liaison nécessite de l’énergie dans la cellule (ATP par ex).
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Réaction du Biuret En milieu alcalin, les peptides qui possèdent au moins 4 liaisons peptidiques forment avec les ions cuivre II (Cu2+) un complexe bleu-violet dont l'intensité de la couleur est proportionnelle à la concentration en peptide. Un dosage colorimétrique est donc possible à 540 nm. .
Peptides II- Caractéristiques de la Liaison peptidique
Peptides Nomenclature-peptide
Les chaînes peptidiques sont vectorisées : les liaisons peptidiques attachent les acides aminés dans un ordre spécifique. Les conventions sont les suivantes : les aminoacides engagés dans une chaîne peptidique sont appelés résidus. Leur nom est celui de l'aminoacide auquel on ajoute le suffixe yl.
les deux aminoacides aux extrémités de la chaîne sont appelés : N-terminal pour celui qui a sa fonction α-aminée libre et C-terminal pour celui qui a sa fonction α-COOH libre on numérote les aminoacides en écrivant l'enchaînement de gauche à droite à partir de l'extrémité N-terminal.
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Peptides Nomenclature-peptide
Peptides Nomenclature-peptide
Classification structurale des peptides 1- peptide formé d'une seule chaîne (monocaténaire) et linéaire Les peptides peuvent appartenir à 4 classes différentes :
Structure linéaire: C’est le plus courant, chaîne monocaténaire et linéaire, sa structure dépendra des chaînes latérales des acides aminés. Il est possible que deux résidus cystéines forment un pont disulfure Intra-chaîne ou extra-chaîne, lui imposant alors une conformation.
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Peptides Nomenclature-peptide
1- peptide formé d'une seule chaîne (monocaténaire) et linéaire Exemple : tétrapeptide: glutamyl⎯cystényl⎯lysyl-glycine
Pour une écriture simplifiée, les acides aminés peuvent être représentés par leur symbole à trois lettres ( Glu-Cys-Lys-Gly) Ou code à une lettre (E-C-K-G).
Glu Cys Lys Gly Résidu N-terminal Résidu C-terminal
Peptides Nomenclature-peptide
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1- peptide formé d'une seule chaîne (monocaténaire) et linéaire
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Peptides Nomenclature-peptide
2- peptide formé deux chaînes (polycaténaire)
Peptides Propriétés chimiques des peptides
• Les peptides présentent les réactions chimiques de radicaux portés par les chaines latérales des résidus d’acides aminés (les fonctions alcools peuvent être estérifiée par un phosphate ou un sulfate)
.
• Le plus petit peptide donne la même réaction que les acides aminés avec la ninhydrine.
• Hydrolyse de la liaison peptidique en présence d’HCl.
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Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
I- Détermination de la composition 1- Hydrolyse chimique 2- Hydrolyse enzymatique II- Détermination de la séquence 1-Détermination de l’extrémité N-terminal A-Dansylation B-Réaction de Sanger C- Méthode d’Edman 2-Détermination de l’extrémité C-terminal 3- Coupure sélective de liens peptidiques
Détermination de la séquence peptidique Détermination du nombre d’acides aminés Détermination des acides aminé constitutifs
Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
Hydrolyse chimique La liaison peptidique est très stable, son hydrolyse spontanée est quasiment nulle
Hydrolyse chimique complète Catalysée par l’HCL 6N à 110°C pendant 24h Avec les inconvénient suivants: L’aminoacide tryptophane (Trp) es entièrement détruit Les amides (Asn, Gln) sont hydrolysés en ammoniac et acides correspondants (Asp, Glu) Certains aminoacides (Tyr, Ser, Thr) peuvent être partiellement détruits (un temps d’hydrolyse plus faible permet de résoudre le problème)
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Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
Hydrolyse chimique spécifique Certains réactifs hydrolysent une liaison peptidique avec une spécificité sur un aminoacides participants à la liaison: Le bromure de cyanogène (BrCN) : hydrolyse la liaison peptidique du côté carboxyle de la méthionine ; cette dernière devient alors un résidu C-terminal transformé en résidu homos sérine lactone. Le 2-nitro-thiocyanobenzoate (NTCB) hydrolyse la liaison peptidique du côté amine de la cystéine.
Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
a) Détermination de l’acide aminé N-terminal a-1- Méthodes chimiques :
L’aminoacide N-terminal est déterminé par 1- Dansylation 2- Dégradation d’Edman 3- Réaction de SANGER
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Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
a) Détermination de l’acide aminé N-terminal
1- Dansylation: On utilise en général le chlorure de dansyl (1-diméthyl-amino-naphtalène-5-sulfonyle) et après hydrolyse chimique du peptide on identifie le dansyl-aminoacide.
un produit stable et fluorescent
Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
a) Détermination de l’acide aminé N-terminal a-1- Méthodes chimiques : Dansylation
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2) Réaction réccurente d’Edman = Action du phénylisothiocyanate (PTC):
Le phenylisothiocyanate se fixe sur l’acide aminé N-terminal du peptide en milieu basique, et après une réaction de cyclisation, se décroche en milieu acide, en formant du phénylthiocyante-aminoacide (PTC-AA) qui absorbe dans l’UV. L’identification du produit se fait par chromatographie.
On peut répéter la réaction sur le peptide amputé de son AA N-terminal, ce qui permet de déterminer la séquence du peptide. Ce procédé a pu être automatisé et autorise en routine des séquençages de 50 acides aminés.
(dégradation récurrente d'Edman).
Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
2) Réaction réccurente d’Edman = Action du phénylisothiocyanate (PTC):
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Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
3- La réaction de SANGER:
L’acide aminé N-terminal est reconnu par son produit de condensation avec le réactif de Sanger et l’ensemble des produits est analysé par chromatographie.
Peptides Détermination de la séquence d’un peptide Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
a) Détermination de l’acide aminé N-terminal a-2- Méthodes enzymatique :
L’aminopeptidase est une enzyme de la famille des exopeptidases, c’est à dire qu’elle catalyse l’hydrolyse des liaisons peptidiques en commençant par une extrémité, en l’occurrence l’extrémité N terminale. Son fonctionnement est récurrent donc pour libérer seulement le premier AA, l’enzyme doit agir pendant un temps très court. L’AA libéré est identifié par chromatographie.
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Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
b) Détermination de l’acide aminé C-terminal - Méthodes enzymatique :
Les carboxypeptidases A et B sont des enzymes de la famille des exopeptidases, elles catalysent l’hydrolyse des liaisons peptidiques l’extrémité C terminale. La carboxypeptidase A catalyse la coupure de la liaison C terminale sauf celle de Gly et des AA basiques à condition que l’avant dernier AA ne soit pas Pro. La carboxypeptidase B catalyse la coupure de la liaison C terminale des AA basiques à condition que l’avant dernier AA ne soit pas Pro. Leur fonctionnement est récurrent donc pour libérer seulement le dernier AA, l’enzyme doit agir pendant un temps très court. L’AA libéré est identifié par chromatographie.
d- Détermination de l’acide aminé interne 1- Action des endopeptidases:
Ce sont les enzymes qui hydrolysent des liaisons peptidiques internes entre deux acides aminés n, (n+1). L’enzyme peut spécifique du résidu n ou (n+1).
L’hydrolyse d’un peptide par une endopeptidase donnent plusieurs fargments peptidiques : si on a X coupures (donc X liaisons peptidiques hydrolysées) le peptide sera hydrolysé en (X+1) fragments peptidiques.
Les produits de digestion seront séquencés par la méthode d’Edman.
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La trypsine est une endopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques dans lesquelles un acide aminé basique (Lys, Arg) engage sa fonction acide
Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
Exemple d’endopeptidases:
La trypsine est une enzyme du suc pancréatique
• L'α-chymotrypsine est une endopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques dans lesquelles un acide aminé aromatique (Tyr, Trp, Phe ainsi que Met) engage sa fonction acide.
Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
Exemple d’endopeptidases:
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Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
Exemple d’endopeptidases: La pepsine est une endopeptidase qui hydrolyse les liaisons peptidiques dans lesquelles un acide aminé aromatique (Tyr, Trp, Phe) engage sa fonction amine.
La pepsine est une enzyme du suc gastrique
Le bromure de cyanogène coupe les liaisons peptidiques dans lesquelles une Met engage sa fonction COOH, Le bromure de cyanogène acide, elle est transformée en HSL homosérine lactone..
2-Coupures spécifiques internes chimiques
Peptides Détermination de la séquence d’un peptide
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1 Propriétés physiques Elles dépend de la nature des AA consécutifs. - pouvoir rotatoire car C asymétrique. - absorbe dans l'UV (180 à 230nm) si AA aromatiques, alors absorbe aussi à 280nm = propriété importante lors des dosages. 2 Propriétés chimiques Leur solubilité varie selon leur taille et leur composition en AA. Ils sont amphotères en fonction de leur pHi (en fonction de la composition en AA). Capacité de la liaison peptidique de former des complexes avec des cations bivalents, comme le Cuivre Cu2+ par exemple. Ex: réaction de Biuret en milieu alcalin, le cu2+ du Biuret forme un complexe ce qui produit une couleur violette dosable au spectrophotomètre.
Peptides Propriétés physico-chimiques des peptides Peptides
Détermination de la séquence d’un peptide
– Hydrolyse enzymatique et/ou par le BrCN – Séparation des AA libérés par chromatographie – Détection dans le visible après dérivation à la ninhydrine – Identification des AA par leur temps de rétention – Quantification en % par mesure de la surface des pics
Détermination de la composition brute d’un peptide
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• Glutathion
– Participe aux réactions d’oxydo-réduction
Glu
Cys
Gly
SH
Glu
Cys
Gly
SH+
Glu
Cys
Gly
S
Glu
Cys
Gly
S 2 H+ + 2 e– +
2 Glutathion
Pont disulfure
Donneur ou accepteur d’électrons
Système anti-oxydant
Peptides -Quelques peptides d’intérêt biologique
Ce sont les peptides qui participent à la structure de membranes comme éléments de construction, Jouent des rôles importants dans les activités biologiques. En voici quelques exemples :
• Hormones peptidiques
– Hormones post-hypophysaires
• Ocytocine
Cys TyrH2N Ile Gln Asn Cys Pro Leu Gly CONH2
1 2 3 4 5 6 7 8 9Cys
S
Cys
S
Cys
Tyr
S
Ile
GlnAsn
Cys Pro Leu Gly CONH2
S
ADH (Vasopressine)
Cys TyrH2N Phe Gln Asn Cys Pro Arg Gly CONH2
LysCys
S
Cys
S
Cys
Tyr
S
Phe
GlnAsn
Cys Pro Arg Gly CONH2
S
Lys
Peptides -Quelques peptides d’intérêt biologique
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• Hormones peptidiques
– Insuline
• Hormone hypoglycémiante
• Produite par les cellules b des îlots de Langerhans
• 2 chaînes peptidiques (A et B)
• Reliées par des ponts disulfures
Peptides -Quelques peptides d’intérêt biologique
Kératinocyte
• Facteurs de croissance peptidiques
– Exemple : a-MSH
AcSer–Tyr–Ser–Met–Glu–His–Phe–Arg–Trp–Gly–Lys–Pro–Val
UV
a-MSH
Mélanocyte
Production de mélanines
Récepteur a-MSH
EFFET PARACRINE
Peptides -Quelques peptides d’intérêt biologique
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• Antibiotiques peptidiques – Produits par des microorganismes
• Effet bactériostatique : limite le développement de bactéries
• Effet bactéricide : tue des bactéries
– Exemples • Gramicidines, polymyxines, bacitracine, …
Peptides -Quelques peptides d’intérêt biologique
• Aspartame
– E951
– Edulcorant de synthèse
H2N CH CO NH CH CO O CH3
CH2CH2
COOH
-L-phénylalanyl L-aspartyl -méthyl
Liaison peptidique
Liaison ester
ester
Peptides -Quelques peptides d’intérêt biologique