Chapitre II: les acides aminés

II.1. Définition

Les acides aminés (ou amino-acides) sont des molécules qui possèdent une fonction
carboxylique et une fonction amine primaire portée par un même atome de carbone,
l’atome du carbone α : ce sont des acides α-aminés. Ils différent par la nature de la chaine
latérale ou le radical R (figure 1).
Les acides aminés les plus répandus chez l’homme sont définie par la formule suivante :

Figure 1. Formule générale d’un acide

aminé Plus de 300 acides aminés ont été inventoriés. On istingue :

- Les 20 acides aminés constitutifs des protéines naturelles ou acides aminés standards. Ils
sont codés dans l’ADN et incorporés dans la chaîne peptidique lors de la traduction de
l’ARNm.
- Et les autres, que l’on trouve soit à l’état libre, soit dans des peptides synthétisés par des
microorganismes ou des végétaux.

II.2. Classification

Les acides aminés peuvent être classés d’après la structure et la complexité de leur chaine
latérale R. Parmi les différentes classifications possibles, l’une des plus intéressantes
repose sur la polarité et les possibilités d’ionisation de cette chaine.
On a l’habitude d’utiliser des abréviations à trois lettres ou à une lettre pour cette série de vingt
aminoacides. (tableau1).

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Tableau 1 : Classification des 20 AA selon la polarité et la capacité
de groupement de prendre une charge électrique
Polarité Charge Nom Symbole Structure
Électriq
ue

Glycine/ Gly [G]

Glycocolle

Alanine Ala [A]

Valine Val [V]

AA
Non
polaires
= Non
Hydropho Charg Leucine Leu [L]
és
bes

Isoleucine Ile [I]

Phénylalanine Phe [F]

2
 Tryptophane Trp /Try
[W]

AA
Non Méthionine Met [M]
polaires
=
Hydrophobes

Proline Pro [P]

Serine Ser [S]

Thréonine
Thr [T]
Neutres
(non
chargés)
Cystéine Cys [C]

AA
Polaires
=
Hydrophiles
Tyrosine Tyr [Y]

Asparagine Asn [N]

Amide

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 Glutamine Gln [G]

Amide
Acide Asp [D]
Acides Aspartique

Chargés
Négativem Acide Glu [E]
ent Glutamique

Lysine

Bases Lys [K]

Chargés
Positiveme
nt

Arginine Arg [R]

Histidine His [H]

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II.3. Fonction biologiques
Parmi les 20 acides aminés protéinogènes, seuls 11 acides aminés peuvent être synthétisés par
notre organisme. Ainsi la valine, leucine, isoleucine, méthionine, phénylalanine, tryptophane,
thréonine, histidine et la lysine doivent être apportés en quantité suffisante et de manières équilibrées
par l’alimentation, ces acides aminés sont dits indispensables.

En dehors, de leur rôle protéinogènes, certains acides aminés possédant un rôle régulateur sur le
métabolisme des glucides et des protéines, sur le système nerveux central et sur la fonction
cardiovasculaire.

II.4. Principales propriétés physiques des aminoacides

II.4.1.Solubilité
Les acides aminés se présentent sous forme de poudre blanche, de solubilité très
variable dans l’eau, certains sont peu soluble et peuvent cristallise spontanément (exemple :
tyrosine), et à l’exception de la proline les acides aminés ne sont pas solubles en milieu
alcoolique

II.4.2.Stéréochimie
Le carbone alpha portant quatre groupements différents, ce carbone est asymétrique.
Les acides aminés sont donc des molécules chirales. On a deux isomères possibles : l'un de
la série D l'autre de la série L. Il existe une exception : la glycine.

II.4.3.Chiralité
L’adjectif « chiral », qualifie une structure dépourvue de plan ou de centre de symétrie
et qui, par voie de conséquence, n’est pas superposable à son image dans un miroir.
L’exemple le plus immédiat est donné par le couple main gauche / main droite. Un atome
de carbone relié à quatre groupements différents reçoit le nom de carbone chiral ou
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carbone asymétrique.
Il se trouve que tous les acides aminés naturels trouvés dans les molécules du vivant sont
de la série L.

II.4.4.Absorption dans l’ultraviolet

Les aminoacides présentent une absorption importante aux longueurs d’onde inférieures à
230 nm; en outre, certains d’entre eux absorbent entre 250 et 300nm en raison de la
présence -dans leur chaine R- de chromophores tels que le noyau phényle (Tyr) ou le
noyau indole (Trp) permettant ainsi le dosage spectrophotométrique des protéines (figure
2).

Figure 2. Spectre d’absorption des aminoacides aromatiques dans l’ultra-violet.

II.4.5. Propriétés optiques ou pouvoir rotatoire

En solution, les formes énantiomères d’une molécule portant un C* présentent des
propriétés optiques différentes. On parle du pouvoir rotatoire. C’est la capacité des

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énantiomères de dévier la lumière polarisée. Si le faisceau de la lumière est dévié
dans le sens des aiguilles de la montre (à droite), l’énantiomère est alors dit
Dextrogyre noté (+).
Si, au contraire, il dévie la lumière dans un sens inverse des aiguilles de la
montre (à gauche), il est Lévogyre noté (-). Tous les acides aminés, sauf la
glycine ont un pouvoir rotatoire (Figure3).

Figure3 : mesure du pouvoir rotatoire

L’activité optique des composés organiques est mesurée au moyen d’un
polarimètre et selon la loi de Biot :

où :
 [α]D20 : Pouvoir rotatoire spécifique de la substance optiquement active.
C’est une constante caractéristique de la substance optiquement active et
qui dépend, en plus de la nature du soluté, de la nature du solvant, de la
température et de la longueur d'onde à laquelle est réalisée la mesure. D
pour la λ de la raie jaune du sodium à 589.3nm et 20 pour 20°C.
 α : Pouvoir rotatoire mesuré avec le polarimètre.
 L : Longueur de tube contenant la solution (dm).
 C : Concentration de la substance (g/ml).

II.5. Propriétés acido-basique

II.5.1.Ionisation

Tous les aminoacides possèdent au moins deux groupes ionisables. Le

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carboxyle et l’amine ; ils sont amphotères : le groupement carboxyle d’un
aminoacide peut céder un proton et il apparaît un anion:

Le groupement aminé peut fixer un proton et former un cation:

Ces deux réactions de dissolutions correspondent à des équilibres auxquels

s’applique la loi d’action de masse, de sorte que les proportions
d’aminoacides ionisé et non ionisé existant en solution vont dépendre de la
concentration en ions H+. On peut donc écrire les deux constantes de
dissociation K1 et K2, correspondant aux deux équilibres, de la manière
suivante:

K1 = [R-COO-] [H+] / [R-COOH]

K2 = [R-NH2] [H+] / [R-NH3+]

II.5.2.Point isoéléctrique

Lorsqu’ on fait passer une solution d’un aminoacide d’un pH bas à un pH

élevé, on a les transformations suivantes:

On veut qu’on passe par un pH où les molécules d’aminoacide sont sous la

forme dipolaire (zwitterion) et où la charge nette de la molécule est nulle,
c’est le point isoionique ou isoélectrique de l’aminoacide. À ce pH, sa
solubilité est minimale et il ne migre pas si on le place dans un champ
électrique (contrairement au cation et à l’anion).

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 pH isoélectrique: défini par [A+] = [A-].

II.5.3.Titration d’un acide aminé

On peut aisément étudier la dissociation des différentes fonctions polaires

d’un aminoacide, en ajoutant à la solution HCl ou NaOH et en mesurant le
pH après chaque addition. On peut ainsi tracer des courbes de titration, dont
l’aspect sera différent selon qu’il s’agit d’un aminoacide neutre, acide ou
basique.
Pour calculer le pKa (ou les concentrations en espèces ioniques à un pH
déterminé) on utilise l’équation de HENDERSON-HASSEBACH:
pKa = pH + log [Accepteur de protons]/ [Donneur de protons]
Connaissant les valeurs des pKa, pHi, il est possible de tracer la courbe de
neutralisation d’un acide aminé.

Exemple : courbe de titration de l’alanine (figure 4).

Elle comporte deux étapes distinctes, chacune correspondant à l’élimination
d’un proton de l’alanine :
→ Au début: (en bas et à gauche du graphique) :

- L’alanine a ses 2 fonctions acido-basique protonée et se trouvent sous une

forme cationique avec une charge positive (NH3+-CH2-COOH),
- Lorsque l’on ajoute de la soude une partie des molécules subissent une
dissociation Jusqu’à arriver à un point où il y a autant de molécules chargées
positivement que de molécules neutres, à ce point le pH est égal au 1 er pK
(Pk1=2,3 pour Ala).
pH=Pk1 → 50% sous forme de
NH3+-CH2-COOH
50% sous forme de
NH3+-CH2-COO-
- La partie plate autour de ce pK, correspond à une zone tampon, si on
continue à ajouter de la soude, un point d’inflexion est atteint, ce pH
correspond au pH isoélectrique ou pHi (pHi=6 pour Ala), toute l’Ala est sous
une forme dipolaire avec 2 charges, une (+) et une (-) avec une charge globale
nulle.

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  pH= pHi →100 % sous forme NH3+-CH2-COO- (ion Zwitterion)
→ L’ajout de soude provoque une nouvelle dissociation avec perte du proton
de l’amine, à égalité de concentration des 2 espèces, le pH correspond au 2
ème pK (Pk2=9,7 pour Ala).
 PH= PK2→ 50% sous forme de NH2-CH2-COO-
50% sous forme de NH3+-CH2-COO-
- La partie de la courbe relativement plate autour de ce pK correspond à une
nouvelle zone tampon, un dernier ajout de soude va totalement déprotoner
l’acide aminé qui va se retrouver sous une forme chargée négativement NH2-
CH2-COO-.

Figure 4: courbe de titration de l’acide aminé Ala

II.6.Principales propriétés chimiques des acides amines

a. Amidation : L’action de l’ammoniac sur les acides aminés acides (Asp et Glu),
produit des amides exemple (Asn et Gln).

COOH CH CH2 COOH + NH3 COOH CH CH2 CO NH2 + H2O

NH2 NH2

b .Décarboxylation:
La fonction carboxylique (du carbone α) peut faire l’objet d’une réaction
de décarboxylation conduisant à la formation d’amine, que l’on qualifie de
biogène lorsqu’elle a un rôle biologique.

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 Certaines de ces amines sont douées d’activité physiologique ou pharmacodynamique
:

c. Désamination
C’est une réaction importante d’un point de vue analytique (titration des AA).
L’acide nitreux réagit sur les acides aminés en libérant du diazote qui peut être dosé.
C’est la méthode gazométrique de VANSLYKE. L’azote dégagé provient à volume
égal de l’AA et de l’acide nitreux.

II.7.Analyse des acides aminés

L’analyse des acides aminés se fait par 3 méthodes :

II.7.1 : Colorimétrie :
Méthode spécifique utilisant les propriétés caractéristiques de la chaine carboné ce
qui permet le dosage d’un acide aminé dans un mélange d’échantillon
II.7.2 : La méthode de Sörensen :
Permet de doser rapidement les groupements amine primaire des acides aminés
neutres. En présence d'un grand excès de formaldéhyde, il est possible de titrer un acide
aminé neutre par la soude en présence de phénolphtaléine.
II.7.3 : Chromatographie
 Chromatographie par échange d’ions
Permet de séparer les acides aminés en trois groupes.
 Les acides aminés acides ; retenues par des résines échangeuses d’anions
qui sont souvent polyaminés

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 Résine-NH3+OH-+R-COO- Résine-NH3+ COO-- R+ OH-
 Les acides aminés basiques : retenus par des résines échangeuses de
cations qui sont souvent polysulfonés

- Résine-SO3--Na++R-NH3+ Résine-SO3- NH3+- R+ Na+

 Les acides aminés neutres : ne sont retenus par aucune résine

 Chromatographie phase gazeuse (CPG)

A prés méthylation des acides aminé, Le mélange à éluer est injecté à l'aide
d'une seringue. Une fois vaporisés par l'injecteur, les composés sont entraînés dans
la colonne par le gaz vecteur (le plus souvent He ou N2). Suivant l'affinité avec la
phase stationnaire, les composés sont séparés avant d'être détectés en sortie de
colonne. Les appareils de CPG sont fréquemment couplés avec un spectromètre de
masse pour l'identification des composés au fur et à mesure de leur élution.
 Chromatographie phase liquide (HPLC)
L'échantillon à analyser est poussé par un liquide (appelé phase mobile)
dans une colonne remplie d'une phase stationnaire de fine granulométrie (les
« grains » sont de très petite taille). Le débit d'écoulement de la phase mobile est
élevé ce qui entraîne une augmentation de la pression dans le système. Ce débit
élevé diminue le temps nécessaire pour séparer les composants le long de la phase
stationnaire. La fine granulométrie de la phase stationnaire permet une meilleure
séparation des composants. En effet, pour un même volume de phase stationnaire
la surface d'échange augmente si les « grains » qui la composent sont de diamètre
plus petit. Les pics obtenus (via un détecteur à UV 1 (les protéines absorbent à
275-280nm) relié à un système d'intégration et de calcul) sont plus étroits donc la
résolution est améliorée (les pics sont bien séparés, on peut donc bien les
différencier), le seuil de détection est également plus bas (des pics étroits et hauts
sont plus faciles à isoler du bruit de fond que des pics larges et bas). La
combinaison de ces attributs - rapidité et résolution élevées - conduit à
l'appellation « haute performance».
Les phases mobiles utilisées sont des mélanges d'eau et d'un solvant organique
miscible (acétonitrile, méthanol).

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II.8. Enantiomère et activité optique

Deux énantiomères purs font dévier le plan de la lumière polarisée d’une valeur égale
mais en sens opposé : dextrogyre (sens des aiguilles d’une montre) ou lévogyre (sens
inverse des aiguilles d’une montre).

 Optiquement actif : lorsque l’un des énantiomères est en excès par rapport à
l’autre, l’échantillon présente un pouvoir rotatoire net. Il est dit optiquement actif.
 Optiquement pur : un échantillon contenant un seul énantiomère est dit
optiquement pur.
 Mélange racémique : un échantillon contenant les les deux enantiomères en
quantité équimolaire, à un pouvoir rotatoire nul, il est dit mélange racémique
 Diastérioisomères ; lorsqu’une molécule possède plusieurs atomes de carbone
asymétrique , il existe un très grand nombre d’isomères pouvant porter la
configuration Lou D, les propriétés physiques et chimiques des diastérioisomères
sont différentes.
Le schéma ci-dessous précise les relations d'énantiomère, symbolisées par E et de
diastéréo-isomérie, symbolisées par D (Figure 5) .

Figure 5 : Diastérioisomères

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 Séparation des diastérioisomères ; le mélange d’énantiomère réagit avec un réactif
énantiomériquement pur appelé agent de dédoublement pour conduire à de deux
diastérioisomeres séparables par différentes techniques, tel que la distillation,
cristallisation fractionnée et par chromatographie (l’agent de dédoublement est
souvent un produit naturel) (Figure 6)

Figure 6 : Séparation des diastérioisomères

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