B2 · Acides aminés et protéines
Dérivés d'acides aminés et peptides biologiquement actifs
Présenter les dérivés d'acides aminés à rôle biologique et les voies qui y conduisent. Décrire les principaux peptides actifs et leur place dans les systèmes de régulation de l'organisme.
Biochimie structurale et métabolique7 min de lecture15 QCM corrigés
Des acides aminés aux molécules actives
Les acides aminés ne servent pas uniquement à former des protéines. Leur squelette carboné et leurs groupements fonctionnels peuvent être transformés en médiateurs chimiques, en hormones, en pigments, en cofacteurs ou en molécules participant à la défense antioxydante.
Les principales transformations sont :
- la décarboxylation, qui retire le groupement carboxyle sous forme de ;
- l'hydroxylation, qui ajoute un groupement hydroxyle ;
- la méthylation, qui transfère un groupement méthyle ;
- l'iodation, qui fixe de l'iode sur un noyau aromatique ;
- l'oxydation, qui modifie le degré d'oxydation de la molécule ;
- la condensation, qui assemble plusieurs précurseurs.
La décarboxylation des acides aminés dépend généralement du phosphate de pyridoxal, coenzyme dérivé de la vitamine B6. Les méthylations utilisent souvent la S-adénosylméthionine, principal donneur cellulaire de groupements méthyle.
La structure et les propriétés générales des acides aminés sont traitées dans la fiche précédente. La nature de la liaison peptidique et l'organisation structurale des protéines relèvent de la fiche suivante.
Dérivés des acides aminés aromatiques
Tyrosine et catécholamines
La tyrosine est le précurseur des catécholamines, médiateurs caractérisés par un noyau catéchol portant deux groupements hydroxyle.
La voie suit un ordre imposé :
- la tyrosine est hydroxylée en L-DOPA par la tyrosine hydroxylase ;
- la L-DOPA est décarboxylée en dopamine ;
- la dopamine est hydroxylée en noradrénaline ;
- la noradrénaline est méthylée en adrénaline.
La tyrosine hydroxylase constitue l'étape limitante de la voie. La dopamine agit notamment comme neurotransmetteur, tandis que la noradrénaline et l'adrénaline participent à la réponse nerveuse et hormonale mobilisant rapidement les ressources de l'organisme.
La tyrosine est également à l'origine de la mélanine. Elle est oxydée par la tyrosinase, puis les intermédiaires formés se polymérisent. La mélanine absorbe une partie du rayonnement ultraviolet et contribue à la pigmentation.
Les hormones thyroïdiennes proviennent de résidus de tyrosine intégrés à la thyroglobuline. Leur iodation, puis leur couplage, produisent la triiodothyronine et la thyroxine. Il s'agit donc de dérivés d'acides aminés libérés après maturation protéolytique, et non de peptides.
Tryptophane, sérotonine et mélatonine
Le tryptophane est hydroxylé puis décarboxylé pour former la sérotonine. Celle-ci est un médiateur impliqué dans la transmission nerveuse, la motricité digestive et plusieurs régulations centrales.
La sérotonine peut être acétylée puis méthylée en mélatonine. Cette hormone transmet une information temporelle à l'organisme et participe à la synchronisation des rythmes biologiques avec l'alternance entre lumière et obscurité.
Une autre fraction du tryptophane alimente la voie de la kynurénine, qui contribue à la synthèse du nicotinamide nécessaire à la formation des coenzymes et .
Dérivés d'autres acides aminés
Histamine et GABA
L'histidine est décarboxylée en histamine. Cette amine biogène intervient dans les réactions inflammatoires, la sécrétion acide gastrique et la neurotransmission. Ses effets dépendent du type de récepteur exprimé par la cellule cible.
Le glutamate est décarboxylé en acide gamma-aminobutyrique, ou GABA. Le GABA constitue un médiateur inhibiteur majeur du système nerveux central : l'activation de ses récepteurs diminue globalement l'excitabilité neuronale.
Arginine et monoxyde d'azote
L'arginine est transformée par les monoxyde d'azote synthases en monoxyde d'azote, ou , avec formation simultanée de citrulline.
Le active une guanylate cyclase soluble dans les cellules cibles, ce qui augmente la concentration de GMP cyclique. Cette voie contribue à la relaxation des muscles lisses vasculaires, à la signalisation neuronale et à certaines fonctions de défense cellulaire. Comme le n'est pas stocké dans des vésicules, son activité dépend directement de la régulation de sa synthèse.
Créatine, porphyrines et taurine
La créatine est synthétisée à partir de l'arginine, de la glycine et d'un groupement méthyle fourni par la S-adénosylméthionine. Sa phosphorylation forme la phosphocréatine, réserve rapidement mobilisable de groupements phosphate à haut potentiel de transfert.
La glycine participe avec le succinyl-CoA à la biosynthèse des porphyrines. Celles-ci forment des structures cycliques capables de coordonner un ion métallique et entrent notamment dans la constitution de l'hème.
La cystéine peut être oxydée puis décarboxylée en taurine. La taurine participe notamment à la conjugaison des acides biliaires et à l'équilibre osmotique cellulaire.
Peptides biologiquement actifs
Formation et maturation
De nombreux peptides actifs sont d'abord synthétisés sous la forme d'un prépropeptide. Celui-ci contient un peptide signal dirigeant la chaîne vers le réticulum endoplasmique. Le retrait du peptide signal produit un propeptide, ensuite clivé par des protéases spécifiques.
La maturation peut également comporter :
- la formation de ponts disulfure ;
- l'amidation de l'extrémité carboxy-terminale ;
- la cyclisation d'un résidu terminal ;
- le clivage d'un précurseur commun en plusieurs peptides actifs.
Cette organisation permet de stocker un précurseur peu actif dans des vésicules, puis de libérer rapidement le peptide mature par exocytose régulée.
Peptides hormonaux et neuropeptides
L'ocytocine et la vasopressine sont des nonapeptides très proches, mais leurs fonctions diffèrent. L'ocytocine participe à la contraction utérine et à l'éjection du lait. La vasopressine favorise la conservation de l'eau par le rein et contribue au contrôle vasculaire.
Les peptides hypothalamiques contrôlent la sécrétion hypophysaire. La thyréolibérine stimule l'axe thyréotrope, tandis que la gonadolibérine commande la sécrétion des gonadotrophines. Leur action dépend souvent du caractère pulsatile de leur libération.
Les enképhalines et les endorphines se lient aux récepteurs opioïdes et modulent la transmission douloureuse ainsi que plusieurs réponses neuroendocrines. La substance P participe à la transmission de signaux nociceptifs et à certaines réponses inflammatoires.
Peptides de régulation cardiovasculaire
L'angiotensine II est produite par clivages enzymatiques successifs d'un précurseur circulant. Elle provoque une vasoconstriction et stimule notamment la sécrétion d'aldostérone, ce qui favorise la rétention de sodium et le maintien de la pression artérielle.
La bradykinine exerce au contraire une action vasodilatatrice et augmente la perméabilité vasculaire. Les peptides natriurétiques favorisent l'excrétion rénale de sodium et s'opposent aux systèmes de rétention hydrosodée.
Glutathion
Le glutathion est un tripeptide formé de glutamate, de cystéine et de glycine. Sa liaison entre le glutamate et la cystéine implique le groupement gamma-carboxyle du glutamate, ce qui le distingue des peptides ordinaires.
Sous sa forme réduite, il cède des électrons pour neutraliser des espèces oxydantes. Deux molécules oxydées s'unissent alors par un pont disulfure. La régénération de la forme réduite dépend du pouvoir réducteur du .
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