ACIDES AMINES
Propriétés chimiques générales

RETOUR AU SOMMAIRE

Les acides aminés possèdent deux groupes fonctionnels différents : le groupe acide carboxylique -COOH et le groupe amine -NH2 . Leur rôle biochimique est considérable.
Les acides a -aminés ou a -amino acides sont des composés qui possèdent les deux groupes fonctionnels greffés sur le même atome de carbone. Les vingt acides aminés naturels les plus courants constituent les éléments de construction des protéines et ce sont tous des acides a -aminés.

1) Généralités

            1-1) Elément de nomenclature. Positions repérées par a , b , g etc..
            Le groupe fonctionnel d’un acide carboxylique est toujours en bout de chaîne. L’atome de carbone qui lui est directement lié est appelé carbone en a du COOH ; les carbones suivants sont respectivement en b, g, etc.

            1-2) Chiralité des molécules.
            La formule générale des acides a -aminés montre que le carbone en a du groupe –COOH porte quatre substituants différents (sauf pour la glycine) : c’est donc un atome de carbone asymétrique.
       Exemple : alanine ou acide amino 2- propanoïque :

            Les molécules d’acides a -aminés autres que la glycine sont donc chirales. A chaque acide a -aminé n' ayant qu'un seul carbone asymétrique, correspond en fait deux molécules énantiomères : elles sont images l’une de l’autre dans un miroir plan et ne sont pas superposables.

2) Comportement des acides a -aminés en solution aqueuse.

            2-1)Etude des équilibres acido-basiques.
            La présence dans la même molécule de deux groupements fonctionnels antagonistes, l’un acide : -COOH, l’autre basique : -NH2 , donne des propriétés très particulières aux acides a -aminés.

            Le groupe acide –COOH n’est pratiquement pas ionisé :

R-COOH + H2O = R-COO- + H3O+

            Cet équilibre est presque totalement déplacé vers la gauche en présence d’ions H3O+
            Par contre le groupe amine -NH2 est presque entièrement protoné :

R’-NH2 + H3O+ = R’-NH3+ + H2O

            En milieu très acide, l’acide aminé

existe essentiellement sous forme de cation :

            Le groupe amine -NH2 n’est pratiquement pas ionisé.
            Le groupe acide –COOH perd son proton par réaction pratiquement totale avec les ions hydroxydes HO- :

R-COOH + HO- =  R-COO- + H2O

            En milieu très basique, l’acide aminé existe essentiellement sous forme de l’anion :

            Les deux groupes fonctionnels antagonistes échangent un proton, Le groupe acide –COOH cède son proton tandis que le groupe amine -NH2 le capte. Il s’agit donc d’une réaction acido-basique intramoléculaire. Dans le milieu il existe alors un équilibre entre la forme moléculaire de l’acide aminé et une forme doublement ionisée globalement neutre que l’on appelle amphion ou encore zwitterion :

       Remarques :
            1- Cette double ionisation permet d’expliquer la grande solubilité des acides aminés dans l’eau, l’équilibre étant très déplacé vers la droite. En solution aqueuse ils existent sous la forme d’ions dipolaires ammonium-carboxylate
            2- Pour faciliter l'écriture l'ion dipolaire est noté AH+ - .
            3- Inversement la solubilité dans les solvants organiques est faible.
            4- Equilibres acido-basiques : en solution aqueuse les acides a -aminés dont la chaîne latérale n’est pas ionisable (dits acides aminés neutres) se comportent comme des ampholytes.

Ces deux équilibres peuvent être présentés sous les formes :
H2A+/HA+ - et HA+ -/A-.

            Le passage d’un milieu très acide à un milieu très basique par augmentation progressive du pH provoque le passage de la forme cationique à la forme d’amphion puis à la forme anionique.
            Il existe donc, pour chaque acide a -aminé, une valeur du pH pour laquelle l’amphion est majoritaire donc sa concentration maximale. Ce pH particulier, compris entre pKa1 et pKa2, est appelé point isoélectrique ; il se note pHi. Il est caractéristique de chaque acide a -aminé et sa valeur est donnée par la relation :

            2-2) Applications.

                        2-2-1)Dosage d’un acide a -aminé.
Le pH initial de la solution d'acide a-aminé (à chaîne latérale neutre) permet de déterminer sous quelle forme se trouve cette espèce. A partir de cela on peut réaliser le dosage par une base forte ou un acide fort.
Les courbes obtenues lors des dosages pH-métriques d’acides a -aminés par une solution de base forte (soude par exemple) montrent que seule la première acidité relativement forte donne un saut de pH exploitable pour la détermination de la concentration.

                        2-2-2)L’électrophorèse.
            L’électrophorèse est une méthode qui permet :

Ces deux opérations sont basées sur leur migration différenciée sous l’action d’un champ électrique, à pH contrôlé.

            Trois acides aminés sont déposés en 1, 2 et 3 sur une même ligne centrale avant l’établissement du champ électrique.
            A une valeur de pH bien déterminée, donnée par une solution tampon, correspondant au point isoélectrique de l’acide a-aminé 2, en présence du champ électrique, les acides a-aminés migrent dans un sens ou dans l’autre, selon le signe de leur charge électrique. Seul l'acide aminé 2 ne migre pas car il est à son pHi et donc pratiquement uniquement sous forme d'amphion doublement ionisé.