Les acides aminés | Biochimie • UE1

Tutorat Santé Lyon Sud

UE1

Les acides aminés

Cours du Professeur A. PUISIEUX

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TABLE DES MATIERES

I. GENERALITES ...................................................................................................................................... 3
II. LES AA PROTEINOGENES .................................................................................................................... 5
II.A. LES ACIDES AMINES COURANTS .....................................................................................................................5
1. Les AA à chaîne aliphatique non ramifiée apolaire : ............................................................................5
2. Les AA à chaîne aliphatique ramifiée : .................................................................................................6
3. AA à azote intracyclique :.....................................................................................................................6
4. AA aromatique : ...................................................................................................................................7
5. AA hydroxylés :.....................................................................................................................................9
6. AA soufrés : ..........................................................................................................................................9
7. Les diacides aminés et leurs dérivés : .................................................................................................10
8. AA basiques :......................................................................................................................................11
II.B. CATABOLISME DES AA PROTEINOGENES .......................................................................................................11
II.C. LES AA RARES .........................................................................................................................................12
III. PROPRIETES ACIDO BASIQUES DES AA ............................................................................................. 13
III.A. CARACTERE AMPHOTERE ...................................................................................................................13
III.B. POINT ISOELECTRIQUE (PHI) .....................................................................................................................13
III.C. PKA .....................................................................................................................................................13
III.D. CAS DES AA A CHAINES LATERALES IONISABLES.............................................................................................14
IV. AUTRES PROPRIETES DES AA ........................................................................................................... 16
IV.A. ISOMERIE OPTIQUE ............................................................................................................................16
IV.B. REACTION A LA NINHYDRINE .....................................................................................................................16
V. ROLE BIOLOGIQUE DES AA PROTEINOGENES .................................................................................... 17
VI. TECHNIQUES D’ANALYSE DES AA ..................................................................................................... 17
VI.A. L’ELECTROPHORESE .................................................................................................................................17
VI.B. CHROMATOGRAPHIE SUR COUCHE MINCE....................................................................................................17
VI.C. CHROMATOGRAPHIE PAR ECHANGES D’IONS ................................................................................................18

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I. GENERALITES

Acide aminé (AA) : molécule organique avec :

 1 squelette carboné
 1 chaîne latérale R : définit l’AA selon la taille, charge, polarité, hydrophobicité, réactivité chimique,
aliphatique ou aromatique.
 2 fonctions : amine primaire (NH2) et acide carboxylique (COOH) portées par le carbone α.
ATTENTION : Sauf la proline qui possède une fonction amine secondaire.

Ils ne sont pas définis par leur participation à la formation d’une protéine mais par leur structure.

AA protéinogènes : éléments de base des protéines incorporés dans la synthèse ribosomale. Ils sont à
l’origine de la forme et de la fonction des protéines.

Masse moléculaire moyenne d’un AA = 110 Da (permet de calculer la masse d’une protéine de façon
approximative).
Ex : Glycine = 57 Da : + petit, tryptophane = 186 Da : + gros

Il existe aussi des acides β, γ-aminé mais non protéinogènes. La dénomination α, β ou γ dépend du
carbone où est fixé NH2.

Protéines : macromolécules faites d’enchainement non ramifiés d’AA réunis par des liaisons peptidiques :
souvent séquence de 150 AA  théorie de 20250 combinaisons différentes (du fait de leur diversité de
séquence, de forme, de fonction) provoquées par les AA. Elles remplissent de nombreuses fonctions
cellulaires.

La traduction ribosomale repose sur le code génétique universel très conservé. Un AA est codé par 3
codons (assemblage de 3 nucléotides). Il existe 64 codons : 3 codons stop et 61 codants 20 AA.
Mais il y a des variations de code génétique (CG) selon les espèces et les génomes :
 Codon CUG : leucine (CG standard) MAIS sérine pour champignons candida
 Codon UAG et UAA : stop (CG standard) MAIS glycine (algue) ou glutamine pour de
nombreux ciliés)
 Codon UGA : Stop (CG standard) MAIS sélénocystéine (21ème aa) chez ≠ espèces (E. Coli)
 Codon UAG : stop (CG standard) MAIS pyrrolysine (22ème aa) chez archéobactéries
 Codon AUG : start  méthionine (CG standard) MAIS formyl-méthionine chez
procaryotes
 Codon AUA : méthionine (CG mitochondrial) MAIS isoleucine dans CG standard
 Codon AGA et AGG : stop (CG mitochondrial) MAIS arginine dans CG standard
o Ces variations existent chez les procaryotes : témoigne de l’origine de la
mitochondrie.

≈ 300 AA dans la nature.

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Dans la cellule les AA peuvent être à l’état libre ou de biopolymères (peptides ou protéines). Les différentes
catégories d’AA :
 AA étant dans les protéines, et étant capables de participer in vivo à la synthèse de ces
protéines : Ce sont à la dois des constituants et des précurseurs des protéines.
 AA étant dans les protéines uniquement après leur biosynthèse (car ils ne se forment qu'après
incorporation d’un autre acide aminé et modification chimique).
 AA n'existants qu'à l'état libre :
 Neurotransmetteurs: histamine (dérivé de l’histidine), sérotonine (dérivé du tryptophane),
acide γ-aminobutyrique (dérivé de l’acide glutamique)
 Hormones: adrénaline, Nad, dopamine (dérivés de la tyrosine)
 Précurseurs métaboliques: citrulline (précurseur de l’arginine) sarcosine (précurseur de la
glycine)
 Intermédiaires métaboliques : ornithine, homocystéine, homosérine...
 AA ayant des rôles à l’état libre en plus de leur fonction protéique : neurotransmetteurs et
neuromédiateurs : glycine, glutamate, aspartate
-

Nomenclature des 20 AA standards

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II. LES AA PROTEINOGENES

II.A. LES ACIDES AMINES COURANTS

 Classification
Selon chaîne latérale R :
- R apolaire : Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro, Gly
- R polaire non chargé : Ser, Thr, Asn, Gln, Cys, Tyr
- R polaire basique : Arg, Lys, His
- R polaire acide : Asp, Glu

Structure : peuvent être représentés en 3D : 1 atome = 1 sphère de volume et couleur

caractéristique.

Les AA essentiels : Leur synthèse n’est pas possible par l’organisme (ou insuffisante) :
doivent être apportés par l’alimentation. (Il est possible qu’une pathologie rende un AA non essentiels en
essentiels)  Isoleucine, leucine, lysine, méthionine, phénylalanine, thréonine, tryptophane, valine.
 Astuce mémo : Le (leucine) Très (Thréonine) Lyrique (Lysine) Tristan (Tryptophane) Fait
(Phénylalanine) Vachement (Valine) Méditer (Méthionine) Iseult (Isoleucine).

Certains AA sont dit « semi-essentiels » car seuls les nourrissons ont besoin d’un apport exogène. 
Arginine, Histidine.

1. Les AA à chaîne aliphatique non ramifiée apolaire :

Glycine :
- R=H
- Le plus petit
- Apolaire
- Formé à partir de la sarcosine
- Se trouve dans le muscle
- Pas de pouvoir rotatoire car pas de Cα (carbone asymétrique))
- Légèrement hydrophobe
- Intermédiaire important au-delà de sa fonction protéinogène : précurseur de nombreuses
molécules (porphyrine dans l’Hb, glutathion, acide urique, créatine)
- A l’état libre : neurotransmetteur inhibiteur
- Edulcorant dans l’agro-alimentaire

Alanine :
- R= CH3 (méthyle)
- Apolaire
- Formé par transamination à partir du glutamate dans les cellules musculaires
- Précurseur du pyruvate dans le foie

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2. Les AA à chaîne aliphatique ramifiée :

Valine :
- R= CH-(CH3)2 (isopropyle)
- Apolaire
- Retrouvés dans de nombreux nutriments

Leucine :
- R=CH2-CH-(CH3)2 (isobutyle)
- Apolaire
- Edulcorant
- Anabolisant : facilite a synthèse musculaire
- Le plus fréquent dans chaîne polypeptidiques

Isoleucine :
- R= CH-(CH3)2 (butyle secondaire)
- Apolaire
- Source importante d’énergie (à l’état libre) pour le muscle, ↑ endurance
- Stabilise et régule niveau de glucose dans le sang
- Nécessaire à la formation de l’Hémoglobine

3. AA à azote intracyclique :

Proline :

- Seul AA amine secondaire (Carbone α inclus dans le cycle)

- Noyau pyrrolidique
- Apolaire
- Rigidité : influence structure des protéines. Ne peut pas entrer dans des structures 3D organisés
types hélice α, feuillets β.
- A l’origine d’un dérivé très important pour nos protéines comme le collagène.
- Cible de modification post traductionnelles : hydroxylation (ajout d’un groupement -OH) par la
proline hydroxylase pour former la 4-hydroxyproline.
- La 4-hydroxyproline possède un rôle important dans la résistance de la triple hélice de collagène.
- Un déficit en Vit. C  diminution formation de la 4-hydroxyproline  Pathologie du scorbut

Scorbut : manque de cette réaction qui nécessite de l’oxygène.

Symptômes :
 Asthermie = œdème inflammatoire et hémorragique des gencives
 Manque de collagène donc manque de soutien des tissus
 Manque de fer
 Manque d’acide ascorbique (vit C)
 Manque d’hydroxyproline à la base de protéines utiles

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4. AA aromatique :

Phénylalanine :
- Noyau benzène
- Apolaire
- Absorbe dans les UV à 257 nm
- Précurseur de la tyrosine par la phénylalanine hydroxylase

Tryptophane :
- Noyau indole
- Apolaire
- Absorbe dans les UV à 280nm
- Précurseur de la mélatonine (hormone du sommeil), du nicotinamide
(constituant du NAD : coE d’oxydoréduction, transport d’e-, rôle dans initiation
de la chaine respiratoire suite au cycle de Krebs) et de la sérotonine
(neurotransmetteur)
- Déficit en tryptophane  pellagre

Tyrosine :
- Noyau phénol
- Faiblement polaire, relativement hydrophobe
- Ionisable mais non ionisé à ph physiologique
- Absorbe dans les UV à 275nm
- Formée à partir de la phénylalanine par hydroxylation par une enzyme
hydroxylase :
- Précurseur des catécholamines (dopamine, noradrénaline, adrénaline) via
l’action d’une tyrosine hydroxylase, de la mélanine et des hormones
thyroïdiennes T3 et T4.
- Cible de phosphorylation par des kinases
- Si tyrosinase affectée (enzyme formant la DOPA à partir de la tyrosine dans les
mélanocytes)  pas de production de mélanine  albinisme

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Phénycétonurie :
- + fréquente des pathologies de notre métabolisme
- Pathologie autosomique récessive touchant 1 enfant sur 16000 mais 1 personne sur 63 est
hétérozygote, 60% des personnes ont une anomalie du gène codant cette enzyme
- Pathologie due à un déficit en phénylalanine-hydroxylase (dysfonctionnement génétique)
 Arrêt de la transformation de F en Y, accumulation de F dans le sang va se
transformer en acide phénylpurivique : toxique pour le SNC
 Diminution de la synthèse des catécholamines et de la mélanine (mais palier car la
tyrosine peut être apportée par l’alimentation  la tyrosine devient un AA
essentiel).
 Retard mental sévère et dépigmentation (yeux, cheveux)
 Maladie très sévère : test dès 72h de vie sur les nouveaux nés (dépistage au test de
Gutrie)

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5. AA hydroxylés :

Serine :
- Alcool primaire
- Polaire
- Synthétisé à partir du 3-phosphoglycérate
- Homologue hydroxylé de l’alanine
- Groupement hydroxyle phosphorylable par une sérine-thréonine kinase
- Cible de O-glycosylation sur -OH

Thréonine :
- Alcool secondaire
- Polaire
- Homologue hydroxylé de la valine
- Groupement hydroxyle phosphorylable par une sérine-thréonine kinase
- Cible de O-glycosylation sur -OH

Ces 2 AA sont impliqués dans beaucoup de modifications post traductionnelles : une

fois inclus dans la chaine polypeptidique se réalise des actions d’enzymes sur des
liaisons qui permettent l’addition de ≠ groupements.

6. AA soufrés :

Cystéine :
- Fonction thiol
- Polaire
- Ionisable mais non ionisé à ph physiologique.
- Formé à partir de la méthionine chez l’homme

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- Formation des ponts dissulufures (S-S) : 2 cystéines se dimérisent par oxydation de la fonction thiol
pour former une cystine (en présence d’O)
 Les ponts SS :
 Liaison covalente influençant la structure 3D de la protéine donc sa fonction.
 Retrouvés essentiellement dans les protéines extracellulaires ou dans la partie
extracellulaire des protéines transmembranaires.
 Retrouvés dans de nombreux peptides et protéines : Récepteur tyrosine kinase, de
type CMH, IG, insuline

Méthionine :
- Fonction thioether
- Apolaire
- Codée par AUG (codon start) en N Ter de chaque protéine (elle est donc le
premier AA des séquences protéiques), elle est ensuite clivée

7. Les diacides aminés et leurs dérivés :

Acide aspartique :
- Polaire
- Ionisable
- Le + acide des AA
- Chargé négativement
- Formé par réaction de transamination à partir de l’oxaloacétate.
- Intermédiaire pour la biosynthèse des bases pyrimidines (cytosine, thymine, uracile), de la
néoglucogenèse et du cycle de l’urée

Acide glutamique :
- Polaire
- Ionisable
- Chargé négativement
- Formé par transamination à partir de l’α-cétoglutarate
- Neurotransmetteur excitateur du SNC
- Précurseur du GABA (neurotransmetteur inhibiteur du SNC)
- A l’état libre : rôle important dans l’apprentissage et la mémorisation

Glutamine :
- Fonction amide
- Polaire
- AA le plus abondant dans l’organisme
- Produit à partir de l’acide glutamique par la glutamine synthétase
- Donneur d’azote très important pour bases puriques et pyrimidiques.
- A l’état libre : rôle de détoxification après l’effort

Asparagine :
- Fonction amide
- Polaire

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- Produit à partir de l’acide aspartique par l’asparagine synthétase

- Cible de N-glycosylation

8. AA basiques :

Lysine :
- Fonction amine supplémentaire
- Polaire
- Ionisable
- Hydroxylation possible en 5  hydroxylysine via lysine hydroxylase, elle-même
cible de O-glycosylation dans la molécule de collagène
- Elle peut subir beaucoup de modifications

Arginine :
- Groupement guanidium
- Polaire
- Ionisable
- Fortement basique
- Provient de la citruline
- Précurseur métabolique de la créatine (fonctionnement muscle) et de l’oxyde
nitrique (dilatation vaisseaux)

Histidine :
- Groupement imidazole
- Polaire
- Ionisable
- Synthétisé à partir du ribose 5-phosphate
- Rôle important dans la structure et le fonctionnement de certaines protéines :
métalloprotéines. Elle permet la formation de liaisons de coordinations avec
certains ions métalliques. Ex : Hémoglobine, myoglobine...
- Précurseur de l’histamine et de la carnosine

II.B. CATABOLISME DES AA PROTEINOGENES

La protéine a une durée de vie limitée, ses modes de dégradation sont variables.

2 étapes du catabolisme :
- Libération groupement α-aminé sous forme ammoniac qui va rentrer dans le cycle de l’urée :
détoxification NH3
- Libération et dégradation du squelette carboné qui servira à la formation de glucose ou de corps
cétoniques.

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On distingue donc 3 grands groupes d’AA :

 Glucoformateurs ( glucogéniques) :
 A l’origine de molécules de la néoglucogenèse : α-cétoglutarate, oxaloacétate,
fumarate, succinyl-coA et pyruvate
o Tous les AA sauf Leucyne et lysine
 Cétogènes(cétoniques)
 Leur dégradation fournit de l’acétyl coA ou de l’acétoacétyl coA qui peuvent entrer
dans la voie de la cétogenèse
o Leucine et lysine
 Glucoformateurs et cétogènes :
o Tyrosine, phénylalanine, tryptophane et isoleucine

II.C. LES AA RARES

Ils sont directement incorporés lors de la traduction.

Pyrrolysine
- Uniquement chez les archéobactéries
- Dérivée de la lysine
- Dans les protéines impliquées dans le métabolisme du méthane

Sélénocystéine
- Structure proche cystéine
- Dérivée de la sérine par substitution du radical hydroxyle (-OH) par un sélénium via la
sélénocystéine synthase. La transformation se fait directement sur l’ARNt au moment de la
traduction.
- Présente dans les sélénoprotéines dont certaines ont un rôle dans la contraction musculaire. Si
mutation : dystrophie musculaire congénitale + myopathie

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III. PROPRIETES ACIDO BASIQUES DES AA

III.A. CARACTERE AMPHOTERE

Un AA Peut se comporter à la fois comme un acide et une base, car tous les AA possèdent au moins deux
groupements ionisables, ils sont dits amphotères :
- Groupement carboxyle COOH se comporte comme un acide faible et libère un proton H+ (devient
COO-) en milieu basique
- Groupement amine NH2 se comporte comme une base faible et capte un proton H+ (devient NH 3+)
en milieu acide

La forme non ionisée d’un AA n’existe pas en solution aqueuse. Il y a une variation des équilibres entre les
formes ionisées en fonction du pH de
la solution.

A pH faible (acide) on ajoute tous les H

possibles, et a pH élevé (basique) on
les enlève.
C’est toujours le COOH du squelette
carboné qui va donner son H+ en 1er.

III.B. POINT ISOELECTRIQUE (PHI)

On appelle pH isoélectrique (pHi) le pH tel que l’AA est complètement ionisé c’est à dire NH3+ et COO- : il
porte autant de charge positives que de charges négatives. L’AA est appelé : ion dipolaire : zwitterion et a
une charge nette =0
Le pHi se calcule en faisant la moyenne des pKa autour de la forme zwiterrion
 Diacides aminés : pHi faible (environ 3)
 AA basiques : pHi élevé (>7)
 AA neutres : pHi (environ 6)
Remarque : s’il n’y a pas de substances étrangères dans le milieu aqueux : point isoélectrique = point
isoionique (ph pour lequel nb anions = nb cations dans une solution).

III.C. PKA
Le pKa correspond à la valeur du Ph pour laquelle 50% des molécules ont un groupement dissocié et 50%
ont un groupement non dissocié (50% d’une fonction d’un couple est sous frome acide et 50% sous forme
basique).
PKa1 (acide) du groupement α-COOH, proche de 2 pour tous les AA
PKa2 (basique) du groupement α-NH2, proche de 9-10 pour tous les AA
PKaR = Pka de la chaîne latérale pour les 7 AA à R ionisable.

Pour suivre l’état d’ionisation de l’AA en fonction du pH on fait une courbe de titration. Chaque AA possède
une courbe de titration et un pHi propre.
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Cette courbe permet de :

 Mesurer le pKa de chaque groupement ionisable + le pKa est faible + l’acide est fort.
 Prédire la charge des AA a un pH donné
 Définir les régions de pouvoir tampon de l’AA : région proche du pKa, où l’addition de
NaOH ne provoque qu’une faible variation de Ph
 Il existe 2 zones tampons pour les AA à chaîne latérale non ionisable
 Il existe 3 zones tampons pour les AA à chaîne latérale ionisable

Si pH<pHi  AA chargé +
Si pH>pHi  AA chargé –
Si pH=pHi  AA chargé 0

III.D. CAS DES AA A CHAINES LATERALES IONISABLES

7 AA à chaîne latérale ionisable : Asp, Glu, His, Arg, Lys, Cys, Tyr

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Les R de la sérine et de la thréonine sont ionisables mais à partir de pH=13 : Elles ne sont donc jamais sous
forme ionisée dans nos cellules.

Rappel : Pour le calcul du pHi il ne faut prendre en compte que les deux valeurs entourant le dipôle A 0

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IV. AUTRES PROPRIETES DES AA

IV.A. ISOMERIE OPTIQUE

Tous les AA courants sauf la glycine possèdent au moins 1 carbone asymétrique (Cα). Ils existent donc sous
2 formes (énantiomères) non superposables (image en miroir) : isomère D et L.
 Les AA naturels appartiennent à la série L
ATTENTION : APPARTENIR A LA SERIE L NE SIGNIFIE PAS QUE LE POUVOIR ROTATOIRE EST
DEXTROGYRE.

On les représente généralement en Fisher (seule la glycine ne l’est pas car elle n’a pas de Cα).

IV.B. REACTION A LA NINHYDRINE

Les AA peuvent subir des modifications
chimiques organiques très nombreuses,
notamment au groupement amine.

La ninhydrine est un composé aromatique

réagissant avec les amines primaires pour
former du pourpre de Ruhemann.

Réaction :
Ninhydrine + AA  désamination et
décarboxylation simultanée de l’AA  AA devient un dérivé aldéhyde et la ninhydrine devient
l’hydrindantine par réduction.

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Hydrindantine formée réagit avec la ninhydrine en excès pour former le pourpre de Ruhemann (coloration
bleue-violette à 570 nm)
Attention la proline est le seul AA qui devient jaune (440nm) avec la ninhydrine car il réagit partiellement
du fait de sa fonction amine secondaire.

V. ROLE BIOLOGIQUE DES AA PROTEINOGENES

Certains des AA ont, en plus, des fonctions sous leur forme libre :
- Action biologique :
 Gly, Glu : neurotransmetteurs
 Gln : détoxification
- Substrats énergétiques :
 Ile, Ala
- Précurseurs de molécules :
 Intermédiaires métaboliques :
 Arg, Gly : créatine
Gln, Arg: citrulline (Arg est a la fois précurseur et produit de la citrulline car il est
cyclique)
 Arg : ornithine
 Hormones :
 Phé, Tyr : catécholamines, mélanine et hormones thyroïdiennes
 Nucléotides puriques et pyrimidiques : Asp et Gln
 coE :
 Trp : nicotinamide dans le NAD (Nicotinamide Adenine Dinucléotide)

VI. TECHNIQUES D’ANALYSE DES AA

VI.A. L’ELECTROPHORESE
Séparation des molécules par champ électrique, les AA migrent vers la charge opposée de la leur, qui
dépend du pH de la solution. La vitesse de migration dépend de l’écart entre le pH et le pHi de l’AA ainsi
que de son poids moléculaire.

pH > pHi : AA chargé - : migre vers l’anode (électrode positive)

pH = pHi : AA sous forme zwitterion : ne migre pas
pH < pHi : AA chargé + : migre vers la cathode (électrode négative)

VI.B. CHROMATOGRAPHIE SUR COUCHE MINCE

Les AA sont déposés sur une phase stationnaire et migrent pas capillarité, entraîné par une phase mobile.

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Phase stationnaire : solution aqueuse + cellulose déposée sur feuille d’alu ou gel de silice
Phase mobile : Solvant organiques (butanol + acide acétique + eau... )
Révélation par la ninhydrine qui reconnait les AA primaires.

La vitesse de migration dépend de la phase stationnaire, des forces électrostatiques, des interactions avec
la phase solide de la solubilité des AA.
Ceux qui migrent le plus rapidement ont peu d’affinité avec le support mais plus avec le solvant.

VI.C. CHROMATOGRAPHIE PAR ECHANGES D’IONS

Technique la plus utilisée, car elle est la plus sensible, et elle permet la quantification et l’identification.
Les AA sont déposés sur une phase stationnaire (résine portant de groupes fonctionnels chargés + ou -.
LES MOLECULES DE CHARGE OPPOSEE A CELLE DE LA PHASE STATIONNAIRE SONT RETENUES ALORS QUE
LES AUTRES SONT ENTRAINES PAR LA PHASE MOBILE.
En modifiant la phase mobile (changement de Ph par exemple) on élue les molécules qui étaient retenues

2 types différents : échangeuses d’anions ou de cations. Le nom de l’échangeur est fonction des charges
qu’elle capte :
 Résine échangeuse d’anions : chargées + retiennent les anions.
 Résine échangeuse de cations : chargés – retiennent les cations

Exemple : résine échangeuse de cations :

A pH acide tous les AA acides sont chargés +. Ils interagissent avec les – des ions sulfates de la résine, et
sont donc retenus.
On fait varier le pH progressivement de 1 à 14, les 1ers cédant leurs H+ sont les 1ers libérés, c'est à dire les
plus basiques.  Elution des AA par ordre croissant de pHi.
Ce sera l’inverse pour une chromatographie échangeuse d’anions.

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