L'ocytocine, une hormone peptidique de synthèse

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Structure et transformation de la matière
Type : Exercice | Année : 2015 | Académie : France métropolitaine

 

20

France métropolitaine • Septembre 2015

Exercice 1 • 4 points

L’ocytocine, une hormone peptidique de synthèse

En 1955, Vincent du Vigneaud obtient le prix Nobel de chimie pour ses travaux sur les hormones. Il a déterminé la structure et réalisé pour la première fois la synthèse de deux hormones polypeptidiques : l’ocytocine qui agit sur les contractions de l’utérus et la vasopressine qui influe sur la pression sanguine.

Dans cet exercice, on s’intéresse au début de la synthèse de l’ocytocine. L’ocytocine est un polypeptide constitué à partir de neuf acides α-aminés tels que la cystéine (Cys), la proline (Pro), l’asparagine (Asn), la glycine (Gly), la leucine (Leu)…

pchT_1509_07_02C_01

Représentation de l’ocytocine

La première étape de la synthèse de l’ocytocine correspond au couplage de deux acides α-aminés : la glycine (par son groupe NH2) avec la leucine (par son groupe COOH). Ce couplage permet de former le dipeptide Leu – Gly.

pchT_1509_07_02C_02

L’un des principaux problèmes rencontré lors de cette synthèse réside dans le fait que l’on souhaite synthétiser exclusivement le dipeptide Leu – Gly et non les dipeptides résultant d’autres combinaisons entre la glycine et/ou la leucine. Certains groupes d’atomes de la glycine et de la leucine doivent donc être momentanément protégés afin de procéder au couplage des deux acides α-aminés. Une fois le produit de ce couplage formé :

soit le chimiste souhaite limiter la synthèse à la préparation du dipeptide Leu – Gly et il procède alors à la déprotection de ce dipeptide ;

soit il poursuit la synthèse de l’ocytocine en faisant une déprotection adaptée et en additionnant successivement les autres acides α-aminés, puis il procède à la déprotection finale.

Données

Numéro atomique Z : hydrogène (H), Z = 1 ; carbone (C), Z = 6 ; oxygène (O), Z = 8.

Électronégativité χ : χ(C) < χ(O).

1. Structure du dipeptide Leu – Gly

1 Après avoir écrit la formule semi-développée du dipeptide Leu – Gly obtenu, entourer tous les groupes caractéristiques qu’il renferme et nommer les familles chimiques correspondantes. (0,5 point)

2 Le dipeptide Leu – Gly représenté peut-il être qualifié de molécule chirale ? Justifier. (0,5 point)

2. Étude de la synthèse du dipeptide Leu – Gly

Document 1 Succession simplifiée des étapes de la synthèse du dipeptide Leu–Gly

pchT_1509_07_02C_04

La synthèse du dipeptide nécessite une protection préalable de certains groupes caractéristiques de la glycine et de la leucine. Le document 1 présente la succession simplifiée des étapes de la synthèse de ce dipeptide.

1 Recopier les formules de la S-leucine et de la glycine puis entourer sur chacune d’elles le (ou les) groupe(s) caractéristique(s) nécessitant une protection. (0,5 point)

2 Identifier la (les) étape(s) de la synthèse du dipeptide Leu – Gly correspondant à des étapes de protection. Dans chaque cas, préciser quel acide α-aminé est concerné. (0,25 point)

3 Identifier la (les) étape(s) de la synthèse du dipeptide Leu – Gly correspondant à des étapes de déprotection. (0,25 point)

4 Quel est le nom de la famille chimique correspondant au groupe caractéristique formé à l’étape 1 ? (0,25 point)

5 Combien de dipeptides différents aurait-on pu obtenir à partir de la glycine et de la leucine si l’on n’avait pas eu recours à la protection des groupes caractéristiques ? (0,5 point)

Document 2 Mécanisme réactionnel détaillé de l’étape 1 de la synthèse du dipeptide Leu–Gly

pchT_1509_07_02C_05

6 Le mécanisme réactionnel de l’étape 1 de la synthèse du dipeptide Leu – Gly est présenté dans le document 2.

La glycine y est notée sous la forme simplifiée suivante :

pchT_1509_07_02C_03

À quoi correspond le groupe R ? (0,25 point)

7 Recopier les étapes 1a et 1c du mécanisme réactionnel et les compléter afin de justifier la formation et la rupture des liaisons. (0,5 point)

8 Quel est le rôle des ions hydrogène H+ intervenant dans l’étape 1 de la synthèse du dipeptide ? Justifier. (0,5 point)

Les clés du sujet

Notions et compétences en jeu

Structure et transformation organique • Protection de fonction.

Conseils du correcteur

Partie 1

2 Il n’est pas forcément facile de se représenter les molécules dans l’espace et encore moins de les superposer… Faites plutôt davantage confiance aux propriétés données dans le cours : chercher les carbones asymétriques. Si la molécule n’en a qu’un seul, alors elle est forcément chirale.

Partie 2

1 « Protéger » un groupe signifie le faire réagir avant (de façon volontaire) pour éviter qu’il ne réagisse pendant la réaction principale. Sur les deux groupes fonctionnels de la glycine, trouvez celui que vous voulez faire réagir (celui qui sera modifié dans la réaction) et celui qui ne devra pas être modifié. C’est ce dernier qu’il faut protéger.

5 Un groupe amine peut réagir avec un groupe carboxyle même au sein de la même molécule. Envisagez toutes les réactions possibles entre une amine et un carboxyle sur ces deux acides aminés.

Corrigé

Corrigé

1. Structure du dipeptide Leu - Gly

1 Identifier les groupes caractéristiques d’une molécule

pchT_1509_07_02C_06

2 Reconnaître une molécule chirale

Notez bien

Lorsqu’une molécule ne possède qu’un unique carbone asymétrique elle est forcément chirale. Attention ! ce n’est plus vrai s’il y en a plusieurs !

Le dipeptide ne possède qu’un seul atome de carbone asymétrique, c’est donc une molécule chirale c’est-à-dire non superposable à son image dans un miroir.

2. Étude de la synthèse du dipeptide Leu - Gly

1 Prévoir la protection d’un groupe caractéristique

Les molécules de S-Leucine et de glycine doivent réagir sélectivement sur un de leur groupe fonctionnel.

C’est le groupe carboxyle de la leucine qui doit réagir. Il faut donc en protéger le groupe amine :

pchT_1509_07_02C_07

À l’inverse, c’est le groupe amine de la glycine qui doit réagir donc il faut protéger son groupe carboxyle :

pchT_1509_07_02C_08

2 Identifier une étape de protection lors d’une synthèse

L’étape 1 (document 1) est l’étape de protection de la glycine et l’étape 2 est celle de protection de la leucine.

3 Identifier une étape de déprotection lors d’une synthèse

L’étape 4 (document 1) est l’étape de déprotection de la leucine et l’étape 5 est celle de déprotection de la glycine.

4 Identifier une famille chimique

Il s’agit de la famille des esters (groupe caractéristique RCOOR’).

5 Déterminer le nombre de produits de réaction

Si l’on n’avait pas eu recours aux étapes de protection des fonctions carboxyle et amine, la synthèse aurait pu faire apparaître quatre dipeptides différents. En effet, le groupe carboxyle de la glycine non protégée aurait pu réagir avec l’amine de la leucine, non protégée elle aussi. De plus, les groupes amine et carboxyle auraient aussi pu réagir entre deux glycines ou entre deux leucines.

6 Identifier un groupe d’atomes

Le groupe R correspond au groupe CH2NH2.

7 Schématiser un mécanisme réactionnel

Attention !

Les flèches de mécanismes réactionnels représentent toujours des déplacements d’électrons donc elles partent toujours d’un doublet électronique.

Reprenons le mécanisme réactionnel détaillé de l’étape 1 du document 2.

pchT_1509_07_02C_09

8 Identifier le rôle d’un composé

Les ions H+ sont des catalyseurs de l’étape 1 de la réaction. En effet ils sont consommés dans l’étape 1a mais régénérés lors de l’étape 1d. Ils ne sont donc pas consommés dans la réaction globale. S’ils sont introduits néanmoins c’est certainement qu’ils accélèrent la réaction chimique.