Biochimie - PCEP1 (Lyon) -ED- Lipides Et Acides Aminés (Couleur)(2009)

ED n°2 BIOCHIMIE : Lipides, acides α-aminés et peptides

ère 1

partie : LIPIDES

Classification des lipides Les lipides vrais

Molécules à caractère lipophiles (vitamines liposolubles, terpènes)

Homolipides (C,H,O) les acides gras

Hétérolipides (C,H,O + P/S/N) les glycérophospholipides

les acylglycérols les sphingolipides les cérides les stérols

Acides gras Acides gras saturés

Acides gras insaturés (x double liaisons)

Formule brute

CnH2nO2

CnH2n-2xO2

Formule semi-développée CH3-(CH2)n-2-COOH

CH3-(CH2)a-CH = CH-(CH2)b-COOH

Le nom systématique acide conf-p-[nC] (x) én oïque

acide n- [nC] an oïque

Symbole n:x ou Cn:x (ou Cn) avec x = 0

(n:x)Δp ou Cn:x(Δp)

Nom commun Acide laurique (laurier), acide myristique (myrte)…

Acide oléique (huile d’olive), acide linoléique (huile de lin)…

Saponification et indice de saponification Réaction à chaud de l’hydroxyde de potassium sur les esters => hydrolyse des liaisons esters

O R–C

100°C

O- R’ + KOH

Ester

Potasse

O R–C

O-,K+

+ R’OH

Sels d’acide gras + alcool

Réaction de saponification

Détermination de l’indice de saponification IS : quantité de potasse, exprimée en mg, nécessaire pour saponifier 1 g d’esters d’AG

Exercice 1 LIPIDES 1/ Ecrire la réaction de saponification de l’ester éthylique de l’acide stéarique 18:0 à 100°C (indiquer le nom des produits de la réaction) 2/Calcul de son indice de saponification Donnée numérique : MKOH= 56 g.mol-1

Réponse exercice 1 LIPIDES 1/ Réaction de saponification de l’ester éthylique de l’acide stéarique 18:0 Ethanol

CH3-(CH2)16-COOCH2CH3 + KOH

100°C

CH3-(CH2)16-COO-K+ + CH3CH2OH n-octadécanoate de potassium

Réaction stœchiométrique : n mole de KOH pour n mole d’ester

Réponse exercice 1 LIPIDES 2/Calcul de l’indice de saponification de l’ester éthylique de l’acide stéarique 18:0 IS : masse de KOH en mg pour 1 g d’ester d’AG mKOH = nKOH MKOH et nKOH = nester donc mKOH = nester mKOH =

MKOH= 56 g.mol-1 Mester= 312 g.mol-1

mester MKOH = MKOH Mester

1g x 56 g.mol-1 = 0,1795 g -1 312 g.mol IS : 179,5

Exercice 2 LIPIDES L’indice de saponification de l’ester méthylique d’un acide gras monoinsaturé (configuration cis) non ramifié de la série des ω9 et de masse molaire inconnue a été déterminé expérimentalement : Is = 189,2 1/En déduire la masse molaire (nombre entier) de l’acide gras correspondant (formule brute CnH2n-2xO2) 2/Donner sa formule semi-développée, son nom systématique, son symbole, et son nom commun

Réponse exercice 2 LIPIDES 1/ Masse molaire de l’acide gras correspondant nKOH : nombre de moles de KOH nécessaires pour saponifier 1g d’ester d’AG Is Is= 189,2 nKOH = MKOH MKOH= 56 g.mol-1 189,2 10-3 g -3 mol = 3,379 10 nKOH = 56 g.mol-1 nKOH = nester = 3,379 10-3 mol

avec nester présent dans 1 g de matière grasse

3,379 10-3 mol d’ester a une masse d’1 g mester 1 g -1 Mester = = = 296 g.mol nester 3,379 10-3 mol

Réponse exercice 2 LIPIDES 1/ Masse molaire de l’acide gras correspondant

Mester = 296 g.mol-1 MAG = ? g.mol-1

H R-COO-C-H H R-COOH

Donc MAG = Mester – MCH2 = 296 – 14 = 282 g.mol-1

Réponse exercice 2 LIPIDES 2/Nomenclature de l’acide gras correspondant MAG = 282 g.mol-1 et formule brute : CnH2n-2xO2 Avec AG monoinsaturé donc X = 1 Donc 12n + 2n-2 + (16x2) = 282 14n = 282 – 30 = 252 n = 252/14 = 18 Nous en déduisons la formule brute de l’AG : C18H3402 AG de la série des ω9 donc formule semi-développée : Δ9

18 10 9 1 H3C-(CH2)7 - CH = CH - (CH2)7-COOH

ω

ω9

Réponse exercice 2 LIPIDES 2/Nomenclature de l’acide gras correspondant Δ9 18 10 9 1 H3C-(CH2)7 - CH = CH - (CH2)7-COOH

ω

ω9 Nom systématique : Acide cis-9-octadécénoïque Symbole : C18:1(Δ9) ou (18:1)Δ9 Nom commun : Acide Oléique

ED n°2 BIOCHIMIE : Lipides, acides α-aminés et peptides 2ème partie : Acides α-aminés

1- Définition Un Acide Aminé (AA) est une molécule possédant une fonction acide carboxylique et une fonction amine. Il existe des acides α, β, γ… aminés : dépend du carbone sur lequel est fixé le groupe NH2 Exemples (R = chaîne latérale): R-NH- βCH2-αCH2-COOH est un acide β-aminé R-αCH-COOH est un acide α-aminé NH2 Les acides α-aminés: classe la plus importante d’acides aminés, constituants des protéines.

2- Les différents groupes d’acides α-aminés Classification en fonction de R : •AA avec R apolaire •AA avec R polaire non chargé •AA avec R polaire basique chargé positivement •AA avec R polaire acide chargé négativement

Acides aminés avec R apolaire

Glycine (Gly) (G)

Alanine (Ala) (A)

Methionine (Met) (M)

Valine (Val) (V)

Proline (Pro) (P)

Leucine (Leu) (L)

Phenylalanine (Phe) (F)

Isoleucine (Ile) (I)

Tryptophane (Trp) (W)

Acides aminés avec R polaire non chargés

Sérine (Ser) (S)

Asparagine (Asn) (N)

Thréonine (Thr) (T)

Glutamine (Gln) (Q)

Cystéine (Cys) (C)

Tyrosine (Tyr) (Y)

Acides aminés avec R polaire chargé Négativement (acides)

C Acide aspartique (Asp) (D)

Acide glutamique (Glu) (E)

Positivement (basiques) Lysine (Lys) (K)

Arginine (Arg) (R)

Histidine (His) (H)

3-Structure tridimensionnelle Les acides aminés peuvent être représentés sous forme 3D : chaque atome est représenté par une sphère de volume et de couleur caractéristique Hydrogène Carbone Azote Oxygène Soufre

Exercice 1 acides α-aminés Quel acide aminé correspond à l’alanine dans lequel un atome d’hydrogène en β est remplacé par un groupement hydroxyle? Réponse : sérine Quel acide aminé correspond à l’alanine dans lequel un atome d’hydrogène en β est remplacé par un groupement acide carboxylique? Réponse : acide aspartique

Exercice 1 acides α-aminés

Les AA basiques lysine, arginine et histidine sont-ils hydrophiles ou hydrophobes ? Réponse : hydrophiles

Exercice 1 acides α-aminés Acide aspartique Quel acide aminé ne diffère de l’acide aspartique que par la présence d’un groupement -CH2- supplémentaire dans la chaîne latérale ? Réponse : acide glutamique

Exercice 1 acides α-aminés

La cystéine est un des deux acides aminés contenant un atome de soufre. Quel est le deuxième? Réponse : méthionine

Exercice 1 acides α-aminés

La glycine a un pouvoir rotatoire en solution car cet AA possède un carbone asymétrique, vrai ou faux ? Réponse : Faux, car unique acide aminé sans carbone asymétrique

Exercice 1 acides α-aminés

L’isoleucine est un des deux acides aminés possédant deux carbones asymétriques. Quel est le deuxième? Réponse : thréonine

Exercice 1 acides α-aminés

Leucine et valine sont deux des trois acides aminés branchés. Quel est le troisième?

Réponse : Isoleucine

Exercice 1 acides α-aminés Il existe trois acides aminés aromatiques : phénylalanine, tryptophane et …?

Réponse : tyrosine

Exercice 1 acides α-aminés

Quel est la particularité de cet acide aminé en ce qui concerne le groupement α-aminé ? Réponse : Il s’agit d’une amine secondaire (et non primaire) comprise dans un cycle

Exercice 1 acides α-aminés Tryptophane

Le tryptophane possède un noyau indole, vrai ou faux ?

Réponse : vrai Le tryptophane et la tyrosine sont les principaux responsables de l’absorption de la lumière à 280 nm par les protéines, vrai ou faux?

Réponse : vrai

4-Propriétés acido-basiques Les AA possèdent 2 groupes ionisables liés au Cα : COOH/COO- et NH3+/NH2 (2 protons échangeables) 2 couples acide-base : AH2/AH et AH/A Domaines de prédominance des formes ionisées d’un AA COOH R-CH +NH 3 AH2+

pKa1

COO-

pKa2

R-CH

R-CH

+NH 3

pKa1

AH± pI

COO-

pKa2

NH2 A-

pH

La forme R-CH-COOH n’existe pas en solution aqueuse NH2 A pH ≈ 7, AA existent sous forme d’ions dipolaires appelés zwitterions ou ampholytes R-CH-COO +NH 3

4-Propriétés acido-basiques •pKa d’un couple acide-base = pH pour lequel 50% des molécules sont sous forme basiques et 50% sont sous forme acides COOH R-CH +NH 3 AH2+

pKa1

pKa1

COOR-CH

pKa2

+NH 3 AH±

pI

•Equation Henderson-Hasselbach pH = pKa+ log [base]/[acide]

pKa2

COOR-CH NH2 A-

pH

4-Propriétés acido-basiques •pI (point isoélectrique ou pH isoélectrique) = pH pour lequel la charge globale des molécules est nulle : prépondérance de formes dipolaires + 1 COOH pKa1 R-CH +NH 3 AH2+

pKa1

0

COO-

pKa2

R-CH +NH 3 AH±

pI

Calcul du pI : pI = (pKa1 + pKa2)/2

-1

COO-

R-CH

pKa2

NH2 A-

pH

Exercice 2 acides α-aminés Courbe de titration de l’alanine

100% -1

pKa2=9,68

100% 0 pKa1=2,34

100% +1

1/ Commenter cette courbe de titration 2/ Expliquer les effets tampon dans les zones voisines des pKa 3/ Schématiser les équilibres entre les différentes formes d’ionisation de l’alanine ainsi que les domaines de prédominance associés

Réponse exercice 2 acides α-aminés 3/ Equilibres entre les différents états d’ionisation de l’alanine et domaines de prédominance associés

+1

+NH3

+NH3

CH-CH3

pKa1

COOH

AH2+ pKa1 2,34

NH2

0 CH-CH3

pKa2

CH-CH3

COO-

- 1 COO-

AH±

ApKa2 9,68

pI = 6,01

pI = ?

pH

Exercice 3 acides α-aminés Courbe de titration de l’acide aspartique

pKa2=9,8

pKaR=3.65 pKa1=1.88

1- Expliquer pourquoi on n’observe pas de saut de pH entre pKa1 et pKaR 2- Schématiser les équilibres entre les différentes formes d’ionisation de l’acide aspartique ainsi que les domaines de prédominance associés

Réponse exercice 3 acides α-aminés +NH3

+NH3

CH-CH2-COOH

pKa1

+NH3

CH-CH2-COOH

pKaR

CH-CH2-COO-

COO-

COOH +1

-1

COO-

0

pKa2

Zwitterions NH2

CH-CH2-COO-

pI ?

COO+1

0

-1

Zwitterions

AH2±

AH3+ pKa1 1,88

pI = 2,77

-2

AHpKaR 3,65

-2

A2pKa2 9,8

pH

Exercice 4 acides α-aminés Courbe de titration de l’arginine pKaR=13,0

pKa2=9,0

pKa1=2,0

Schématiser les équilibres entre les différentes formes d’ionisation de l’arginine ainsi que les domaines de prédominance associés

Réponse exercice 4 acides α-aminés +2 HOOC

+1

CH +NH3 -OOC (CH2)3 pKa1 NH

-OOC CH +NH3 (CH2)3 pKa2 NH

C H2N

0

H2N

CH NH2 (CH2)3

NH C H2N +NH2

C

+NH 2

-1

+NH 2

-OOC

pKaR

CH NH2 (CH2)3

NH C H2N NH

Zwitterions

pI ? +2

+1

AH32+

AH2±+

pKa1 2,0

0

-1

AH± pKa2 9

pI = 11

ApKaR 13

pH

ED n°2 BIOCHIMIE : Lipides, acides α-aminés et peptides

3ème partie : Les peptides

RAPPELS LIAISON PEPTIDIQUE Liaison peptidique = liaison covalente = liaison amide

Les 2 groupes unis par la liaison peptidique (groupement acide carboxylique et groupement α-aminé) ne peuvent plus être ionisés

Exercice 1 peptides Écrire la formule développée du pentapeptide serylglycyltyrosinylalanylleucine (Ser-Gly-TyrAla-Leu ou SGYAL)

Réponse exercice 1 peptides

Extrémité N-terminale

Extrémité C-terminale

Exercice 2 peptides Donner la forme d’ionisation prédominante (formule semi-développée) du peptide Lys-Val-Asp-Gly à pH = 7 et donner sa charge globale Les pKa associés aux 4 acides aminés sont donnés, avec pKaR correspondant au groupe non lié au C en α

pKa1

pKa2

pKaR

Lys

2.16

9.06

10.54

Val

2.39

9.74

Asp

1.99

9.90

Gly

2.34

9.60

3.90

Réponse exercice 2 peptides Dans le tetrapeptide, seulement 4 groupements peuvent être ionisés : NH2 CH2 CH2 CH2 CH2

CH3 CH3

COOH

H CH2 CH NH2-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH-COOH pKa2 (lys) et pKaR (lys) >> 7 Î prédominance de formes NH3+ à pH=7 pKaR(asp) et pKa1 (gly)