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Stratégies de synthèses

La synthèse des protéines en laboratoire est réalisée par les chimistes en utilisant la réaction de synthèse peptidique. Cette réaction combine deux molécules d'acides aminés en formant des liaisons peptidiques. On peut obtenir jusqu'à 10 peptides différents par cette réaction en combinant les groupements R1 et R2 des deux molécules. Cependant, il faut prendre en compte la possibilité de réaction intra-moléculaire, ce qui augmente le nombre de peptides possibles à 4. 

Pour obtenir un dipeptide spécifique, il est nécessaire de protéger certains groupements des acides aminés afin d'éviter des réactions indésirables. Par exemple, pour obtenir le dipeptide EU-IL, il faut protéger le groupement NH2 de l'acide aminé EU et le groupement COOH de l'acide aminé IL. Ainsi, seule la réaction entre ces deux acides aminés aura lieu. 

La synthèse d'une protéine de plus de 50 acides aminés reste un défi industriel en raison de la complexité de la protection et de la déprotection sélective des groupements pendant la réaction. Il faut une extrême précision et une sélectivité élevée pour obtenir un enchaînement d'acides aminés spécifique. Ce défi augmente avec la taille de la protéine, ce qui rend la synthèse de protéines de grande taille difficile à réaliser en laboratoire.

Bonjour à tous, c'est Matisse de Studio, et dans cette vidéo on va se pencher sur la synthèse des protéines. Alors, les chimistes sont capables de reconstituer en laboratoire les familles de longues chaînes biologiques indispensables au fonctionnement de la cellule. Et pour cela, ils réalisent des enchaînements d'acides aminés à l'aide d'une réaction nommée synthèse peptidique, celle-là aussi, elle a la cote dans les réactions chimiques. Et l'équation générale est donnée ci-dessous, donc on part de deux molécules qui se ressemblent beaucoup, bien sûr, qui diffèrent de par leur radical ici, donc R1 et R2, on a deux groupements carbonés juste ici. Et autrement, qu'est-ce qu'on retrouve ? Eh bien, on a bien sûr une fonction acide carboxylique avec le groupement carboxyles, et puis, juste ici, une fonction amine. Et on se souvient, lorsqu'on met un acide carboxylique et un amine ensemble, eh bien on peut former des groupements amides, lorsque l'azote vient venir remplacer l'oxygène de l'autre côté. Et donc ainsi former, voilà, cette liaison peptidique que l'on a au centre qui va lier les deux molécules et former de l'eau, juste ici. Donc on va supprimer ici ce OH et 1 d'hydrogène, et puis cet azote va venir se mettre juste ici. Ok, donc première question, préciser le nombre de dix peptides différents pouvant être obtenus par cette réaction. Et ça, c'est une question assez piège, il faut le voir une fois pour bien retenir la leçon, je me suis moi-même cassé les dents. Donc, pour compter les nombres de dix peptides différents qu'on peut avoir, eh bien on peut se dire, ok, alors, tout d'abord, on peut avoir, voilà, cet azote ici qui va venir agir là. Ainsi, on va avoir R1 d'un côté et R2 de l'autre. C'est la première réaction qu'on nous met sous les yeux. Mais ici, d'un côté, on a du NH2 et de l'autre côté, on a du COOH. Ainsi, la réaction n'est pas symétrique, donc on pourrait très bien imaginer l'inverse, où le NH2, juste ici, viendrait réagir sur le groupement carboxyles de l'autre côté. Voilà. C'est deux réactions qui sont totalement possibles et imaginables. Donc, on a de base, voilà, ces deux molécules possibles, ou en inversant, R1 et R2. C'est deux molécules différentes, mais qui peuvent être obtenues à partir des deux molécules de départ. Mais attention ! Pourquoi est-ce que j'ai dit qu'on en avait quatre différents possibles ? Là, on pourrait s'arrêter, notre réflexion est complète en soi, mais non, puisqu'il faut faire attention. Cette molécule, juste ici, avec le groupement R1, elle est en solution. Il y a des milliards d'autres molécules autour d'elle qui ont aussi ce groupement R1. Donc en fait, elle pourrait réagir sur une autre molécule, mais la même. Dans le sens, la même formule topologique, elle pourrait réagir sur une autre molécule qui aurait la même formule topologique, avec le groupement R1, juste ici. Donc en fait, on pourrait très bien obtenir deux autres molécules, les monopeptides, ils peuvent en fait réagir sur eux-mêmes, entre guillemets, pour former, voilà, ces liaisons peptidiques entre deux molécules qui ont les groupements R1 ou les groupements R2. C'est pour ça qu'on arrive à un compte de 4. Il ne faut pas oublier que la molécule peut réagir sur elle-même, vu qu'elle porte en fait les deux groupements caractéristiques qui sont nécessaires à cette réaction. Donc elle peut en fait réagir avec une autre molécule qui est juste à côté. Donc voilà, c'est la petite astuce qu'il faut avoir en tête, à bien retenir. Ensuite, un dipeptide obtenu est nommé à partir de l'abréviation des deux acides aminés ayant permis de l'obtenir. Alors, il faut alors écrire l'équation de la synthèse du dipeptide, l'EU-IL, en indiquant les groupes à protéger pour obtenir ce seul dipeptide. Puisqu'en effet, à partir de là, on a 4 dipeptides différents qui peuvent être synthétisés à partir de ces deux monopeptides. Or, ça ne nous intéresse pas. Nous, on aimerait avoir une molécule en spécificité qui permette de remplir un rôle très très crucial dans l'organisme. Donc c'est très important d'obtenir le seul dipeptide que l'on veut. Pour ça, c'est toute la stratégie en fait de protection et de déprotection des groupements caractéristiques. En fait, c'est ce qu'il y a de plus beau dans l'analyse chimie, je trouve, en terminale. C'est là qu'on va vraiment raisonner, ok, comment est-ce qu'on va agir vis-à-vis de la molécule. Donc, qu'est-ce qu'on souhaite avoir ? Eh bien, on souhaite avoir le l'EU-IL. C'est-à-dire qu'à partir de ces deux dipeptides-là, on souhaite que celui-là s'additionne sur celui-là et seulement dans cet ordre-là. Ainsi, qu'est-ce qu'il faut protéger ? On le rappelle que celui-là réagisse sur celui-là. Celui-là, on le laisse tranquille, il va agir librement. Pareil pour ici, il faut bien le mettre en avant pour qu'il réagisse comme on veut. Par contre, celui-là, on ne veut absolument pas qu'il aille réagir sur l'autre ou encore sur une molécule sur la même, une molécule l'EU, à côté. Donc, il faut absolument le protéger, c'est-à-dire qu'on va désactiver son effet, c'est-à-dire qu'elle ne va pas pouvoir réagir. Et de même, cette partie de molécule, ce groupement, il ne faut pas qu'il soit actif. Sinon, il va pouvoir s'échanger et à ce moment-là, on n'obtiendra pas le bon dipeptide. Les groupements à protéger sont donc celui-là et celui-là. Ensuite, il faut expliquer en quelques lignes pourquoi réaliser au laboratoire la synthèse d'une protéïde de plus de 50 acides aminés, donc 50 acides aminés, reste un défi industriel. Eh bien, on s'en rend bien compte, puisqu'ici, on a simplement la synthèse d'un acide aminé. Et c'est déjà assez difficile de dire d'aller bloquer seulement cette partie de la molécule et seulement cette partie-là. Donc, en soi, c'est la fin de l'équation, j'ai oublié de finir l'exercice. Et donc, bien sûr, on obtient cette molécule-là, une fois que l'on aura déprotégé celle-là et celle-là, lorsque le groupement se sera additionné et qu'il n'y a plus de menaces, on pourra donc déprotéger, réactiver en soi, restituer les deux groupements juste ici. Donc pourquoi est-ce que ça reste un défi industriel ? Eh bien, il faut se rendre compte de l'ordre de grandeur de ce qu'on réalise. Pour synthétiser une molécule en particulier, il faut donc une extrême sélectivité. On se rend compte, il faut absolument le bon enchaînement d'acides aminés. Et pour ça, il faut se baser sur des étapes de protection et de déprotection qui sont très précises, ce qui constitue un défi industriel. Voilà, ça demande une extrême précision d'aller dire, d'aller protéger ou déprotéger une partie de ces molécules lorsque la chaîne devient en plus de plus en plus grande. Voilà pourquoi cela reste un défi industriel. Voilà, c'est la fin de cet exercice très classique. Voilà, ça tombe très souvent dans les exercices, les synthèses de protéines. Donc, au revoir de votre côté. Merci beaucoup d'avoir suivi cette vidéo et puis je vous dis à bientôt.

Synthèse des protéines

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