1. Généralités

Les amino-acides sont des composés qui possèdent une fonction amine (basique) et une fonction acide carboxylique (acide). On note plusieurs familles d'amino acides. Les a-amino-acides (les fonctions amines et acides carboxyliques sont portés par le même carbone), les b-amino-acides (la fonction acide est en b de la fonction amine).

a-amino acides

b-amino acides

Nous étudierons ici essentiellement la réactivité desa-amino-acides. Les amino acides sont très important en biochimie car c'est eux qui constituent les protéines (longues chaînes constituées de différents amino acides). Les protéines sont obtenues à partir des amino acides naturels, il en existe une vingtaine.

Il est à noter que les amino acides naturels ont une configuration absolue de type S ou L en représentation de Fischer.

Il existe néanmoins une exception pour la Cystéine. En effet, la configuration spatiale reste inchangée. En revanche, l'ordre de priorité change donc la configuration de l'amino acide est R.

Souvent, les acides aminés sont représentés sous forme ionique, l'acide est déprotoné et en contrepartie l'amine est protonée. NH3+ est un groupe électroattracteur, donc le carboxyle d'un acide aminé est plus acide que celui d'un carboxyle 'ordinaire'. La liaison hydrogène intramoléculaire qui se forme stabilise la forme acide et donc augmente l'acidité.


Formule

Nom
Code à 3 lettres
Code à 1 lettre

pKa (COOH)

pKa (NH2)

pI

Glycine
Gly
G

2.3

9.6

6.0

Alanine
Ala
A

2.3

9.7

6.0

Valine
Val
V

2.3

9.6

6.0

Leucine
Leu
L

2.4

9.6

6.0

Isoleucine
Ile
I

2.4

9.6

6.0

Phénylalanine
Phe
F

1.8

9.1

5.5

Proline
Pro
P

2.0

10.6

6.3

Sérine
Ser
S

2.2

9.2

5.7

Thréonine
Thr
T

2.1

9.1

5.6

Tyrosine
Tyr
Y

2.2

9.1

5.6

Aspargine
Asn
N

2.0

8.8

5.4

Glutamine
Gln
Q

2.2

9.1

5.7

Lysine
Lys
K

2.2

9.0

9.7

Arginine
Arg
R

2.2

9.0

10.8

Tryptophane
Trp
W

2.8

9.4

5.9

Histidine
His
H

1.8

9.2

7.6

Cystéine
Cys
C

2.0

10.3

5.1

Méthionine
Met
M

2.3

9.2

5.7

Acide Aspartique
Asp
D

1.9

9.6

2.8

Acide Glutamique
Glu
E

2.2

9.7

3.2

Dans le tableau précédent, on remarque la valeur pI, c'est-à-dire le point isoélectrique où le pH pour lequel la protonation est égal à celui de la déprotonation. De façon générale, la valeur de pI est déterminée par  la relation :

La détermination de cette valeur est très importante puisqu'on détermine ce point pour les protéines afin de les faire cristalliser. C'est au point isoélectrique que les molécules s'agrègent. Si le pH augmente ou diminue alors il y a apparition de charges, et donc il y a répulsions de ces charges, d'où les protéines s'éloignent sans qu'il n'y ait de cristallisation.

Mais, dans le tableau ci-dessus, on voit que cette valeur n'est pas toujours vérifiée et ce à cause de l'acidité du groupe R. De façon générale, on peut dire que les amino acides sont des composés amphotères, c'est-à-dire à la fois acide et basique.

 

2. Fonction Acide

2.1 Réduction

             Conservation de la stéréochimie

2.2 Formation d'un ester

Pour éviter la racémisation on peut faire :

Méthode plus douce :

2.3 Décarboxylation

Les a-amino acides peuvent être décarboxyler pour donner des amines, pour cela il existe plusieurs méthodes décrite dans la littérature. Par exemple, on peut utiliser des peroxydes, des catalyseurs en présence de solvant à haut point d'ébullition, l'irradiation UV, ou encore l'usage de bactérie. Dans les années 80 une méthode basée sur l'utilisation d'une quantité catalytique de cyclohexènone dans le cyclohexanol a été appliquée avec succès sur plusieurs amino acides (Hashimoto et al Chem. Lett. 1986, 893-896).

 

3. Fonction Amine

Réaction stéréochimiquement très propre.

 

4. Protection et déprotection d'une fonction amine

  • Groupement BOC : tertioButylOCarbonyle

déprotection : H3O+, TFA (acide trifluoroacétique) / CH2Cl2, HBr

Mécanisme de la protection par un groupement Boc :

  • Groupement FMOC : 9 FluorenylMethOxyCarbonyl


  • Groupement CBZ : BenZyloxyCarbonyl

Déprotection : Hydrogénolyse, HBr / CH3CO2H

 

5. Préparation

Pour l'introduction du groupement -Br enade la fonction acide. Voir la réaction de Hell-Volhardt-Zelinski dans le chapitre sur les acides carboxyliques. Cette méthode présente l'inconvénient d'avoir un mauvais rendement.

5.1 Réaction de Strecker (NaCN, NH4Cl)

Le carbonyle de départ peut être un aldéhyde ou une cétone.

5.2 Méthode de préparation de Gabriel

 

6. Réaction de Dakin-West

On traite un a-amino acide avec un anhydride d'acide en présence de pyridine.

Chem. Soc. Rev. 1988, 17, 91-109
J. Org.
Chem. 1974, 39, 1730

7. Couplages peptidiques

Les aminoacides sont utilisés lors de la synthèse peptidique dont ils sont les "monomères" des peptides. Les protéines sont constituées d'a-amino-acides alors que les peptides naturels peuvent être constitués de b ou g–amino-acides ainsi que d'autres amino-acides naturels. Lors d'une réaction de couplage peptidique il est nécessaire de rajouter un agent de couplage. L'EDC est un bon exemple d'un tel agent, mais d'autres composés comme le DCC sont aussi utilisés. Parfois, on ajoute aussi au milieu réactionnel du HOBt afin d'éviter toute épimérisation des centres stéréogènes.

EDC
HOBt

Le mécanisme invoqué est le suivant :

 

8. Composition des peptides

On vient de voir qu'il était possible de former des peptides à l'aide de réactions de couplage. Cependant, il est aussi possible d'entreprendre la réaction inverse de dégradation du peptide afin de connaître les aminoacides qui le constitue.

8.1 La dégradation de Edman

C'est une méthode de choix qui permet de déterminer les 30 à 40 premiers aminoacides d'une protéine. Cette méthode ne marche que dans le cas ou le NH2 terminal est libre c'est-à-dire que cette méthode ne peut pas être utilisée dans le cas de cyclopeptides, ni de peptides N-acylés. Le peptide A est "dégradé" pour fournir le peptide B qui à son tour va lui aussi subir une dégradation et ainsi de suite.

8.2 Bromure de cyanogène

Il existe aussi d'autres méthodes de dégradation et notamment les méthodes faisant intervenir le bromure de cyanogène. Cependant, cette méthode ne peut être envisagée que sur le site soufré de la méthionine. C'est donc une méthode qui permet de déceler la présence d'une méthionine, car en fin de réaction on forme de l'homosérine facile à analyser.

 

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