Structure macromolecule sequence peptide Degradation Edman Texte et corriges travaux diriges Enseignement et recherche Biochimie Emmanuel Jaspard Universite Angers biochimej

Étude d'un hexapeptide

Déterminez la séquence d'une hormone hexapeptidique d'après les résultats suivants en expliquant le raisonnement.

1. L'incubation du peptide avec le phénylisothiocyanate, réactif de la méthode de dégradation d'Edman, ne donne aucune réaction.

2. L'action de la trypsine donne 2 fragments I et II. I est Arg. Après hydrolyse par HCl, II est composé de : 2 Asp / 1 Met / 1 Leu / 1 Lys et 1 NH3. Après un cycle de dégradation d'Edman, un tétrapeptide et la PTH-Met sont libérés à partir de II.

3. La titration de l'hexapeptide de pH 1 à pH 13 nécessite 3 équivalents OH par mole de peptide et les pKa des groupes ionisables sont : 3,9 - 10,5 - 12,5.

4. Le traitement de l'hexapeptide par le bromure de cyanogène (BrCN) donne un seul peptide qui, après un cycle de dégradation d'Edman, libère le PTH-Asp.

5. Le traitement de l'hexapeptide par la protéase de staphylocoque (qui hydrolyse les peptides du côté C-terminal des résidus glutamyle et aspartyle) donne un peptide qui, après un cycle de dégradation d'Edman, libère la PTH-Asn.

1. Le phénylisothiocyanate (PITC) n'agit que sur une fonction aminée libre (primaire ou secondaire comme la proline).

Le PITC est utilisé pour la quantification des acides aminés par HPLC lors de la dégradation d'Edman pour le séquençage des protéines.

S'il n'y a pas de réaction avec le PITC, c'est que l'acide aminé N-terminal est bloqué.

Beaucoup de séquences de protéines d'Eucaryotes sont protégées des aminopeptidases par un acide aminé en position N-terminale qui est bloqué.

phenylisothiocyanate PITC sequence peptide bromure de cyanogene homoserine lactone pyroglutamate degradation Edman biochimej

Exemple de protection : acétylation et cyclisation de la glutamine N-terminale des immunoglobulines qui forme le pyroglutamate.

Voir : Liu et al. (2011) "N-terminal Glutamate to Pyroglutamate Conversion in Vivo for Human IgG2 Antibodies" J. Biol. Chem. 286, 11211 - 11217
On trouve aussi le pyroglutamate dans la bactériorhodopsine, la ribonucléase (RNase 3).
Le pyroglutamate joue divers rôles physiologiques (neuropeptide, "thyrotropin-releasing hormone", cytokines, ...).

La pyroglutamate aminopeptidase (EC 3.4.19.3) décyclise le pyroglutamate et libère la fonction aminée N-terminale.

Autres exemples : l'acétylserine et la N-acétylthreonine sont 2 autres acides aminés bloqués.

glutamine pyroglutamate sequence peptide phenylisothiocyanate PITC bromure de cyanogene homoserine lactone degradation Edman biochimej

Dans cet exercice, une autre possibilité est que le peptide soit circulaire : il n'y a alors ni acide aminé N-terminal, ni acide aminé C-terminal.

2. La trypsine (EC 3.4.21.4) hydrolyse la liaison peptidique après Arg et Lys sauf si ces acides aminés sont suivis par une proline. Cependant elle peut avoir une spécificité plus complexe.

On n'obtient que 2 fragments bien que l'hexapeptide contienne 1 Arg et 1 Lys et qu'il n'y ait pas de Pro.

Si l'hexapeptide est linéaire, l'un des deux acides aminés (Arg ou Lys) doit se trouver en position C-terminale :
===> deux séquences possibles : [Arg - Met - X - Y - Z - Lys] ou [Met - X - Y - Z - Lys - Arg] qui génèrent un acide aminé (Arg) plus PTH-Met libérée du peptide restant.

Cependant, puisque l'acide aminé N-terminal est bloqué (question N°1), celà confirme que l'hexapeptide est circulaire.

hydrolyse trypsine sequence peptide phenylisothiocyanate PITC bromure de cyanogene homoserine lactone pyroglutamate degradation Edman biochimej

3. Titration de l'hexapeptide

Hydrolyse totale acide

HCl 6 M - 110°C - 24h environ
le tryptophane est détruit
les fonctions amides de la glutamine et de l'asparagine donnent 1 NH3 et sont transformées en fonction carboxylique : on obtient respectivement le glutamate et l'aspartate

Hydrolyse totale alcaline

NaOH 4 M - 110°C - 24h environ
la sérine, la thréonine, la cystéine et l'arginine sont détruites / désamination partielle et racémisation des autres acides aminés
l'hydrolyse totale acide est plus utilisée car elle détruit moins d'acides aminés

La titration de l'hexapeptide donne :

1 équivalent OH ---> pKa = 3,9

1 équivalent OH ---> pKa = 10,5

1 équivalent OH ---> pKa = 12,5

===> 1 Asp

Or la composition en acides aminés indique qu'il y a 2 Asp et 1 NH3.

Donc, l'un des 2 Asp provient de la transformation d'une Asn en [Asp + NH3] lors de l'hydrolyse acide pour la détermination de la composition en acides aminés.

===> 1 Lys

===> 1 Arg

4. Le bromure de cyanogène ("cyanogen bromide" - BrCN) réagit spécifiquement avec la méthionine et produit des peptides portant un résidu homosérine lactone à l'extrémité C-terminale.

On n'obtient qu'un peptide, ce qui confirme que l'hexapeptide est circulaire.

bromure cyanogene homoserine lactone sequence peptide phenylisothiocyanate PITC pyroglutamate degradation Edman biochimej

La libération du PTH-Asp (nouveau résidu en position N-terminale après action de BrCN) indique que X = Asp.

Soit la séquence : [Arg - Met - Asp - Y - Z - Lys].

5. Action de la protéase de staphylocoque

D'après la composition en acides aminés, il y a 1 Asp et pas de Glu. L'hexapeptidique étant circulaire, on obtient donc qu'un fragment.

protease staphylocoque sequence peptide phenylisothiocyanate PITC bromure de cyanogene homoserine lactone pyroglutamate degradation Edman biochimej

La libération du PTH-Asn (nouveau N-terminal après action de la protéase), indique que Y = Asn.

Soit la séquence : [Arg - Met - Asp - Asn - Z - Lys].

Conclusion

D'après la composition en acides aminés, il reste 1 Leu.

La séquence circulaire de l'hexapeptide est donc : [Arg - Met - Asp - Asn - Leu - Lys].

hexapeptide circulaire sequence peptide phenylisothiocyanate PITC bromure de cyanogene homoserine lactone pyroglutamate degradation Edman biochimej