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DĂ©gradation de Bergmann

La dĂ©gradation Bergmann est une sĂ©rie de rĂ©actions chimiques conçues pour supprimer un seul acide aminĂ© de l'acide carboxylique (C-terminal) Ă  la fin d'un peptide[1] - [2]. DĂ©montrĂ©e pour la première fois par Max Bergmann en 1934, c'est une mĂ©thode rarement utilisĂ©e pour le sĂ©quençage des peptides[1] - [3]. La dĂ©gradation  dĂ©veloppĂ©e plus tard par Edman est une amĂ©lioration de la dĂ©gradation Bergmann, clivant plutĂ´t le groupement N-terminal des acides aminĂ©s des peptides pour produire une hydantoĂŻne contenant l'acide aminĂ© dĂ©sirĂ©[4] - [5] - [6]. La dĂ©gradation Bergmann combine la dĂ©gradation de l'azoture du rĂ©arrangement de Curtius avec la mĂ©thode carbobenzoxy de Bergmann et de Zervas, qu'ils ont conçue pour se produire dans des conditions relativement douces, afin de permettre le sĂ©quençage de peptides[1]. Un seul tour de la dĂ©gradation Bergmann donne un aldĂ©hyde contenant le rĂ©sidu d'acide aminĂ© recherchĂ© et le fragment restant de peptide d'origine sous une forme amide[3].

La dégradation Bergmann
La dégradation Bergmann

L'azoture d'acyle d'un peptide (1) subit un rĂ©arrangement de Curtius en prĂ©sence d'alcool benzylique et de chaleur(2) pour donner le carbamate de benzyle (3). Le groupement intermĂ©diaire 3 est supprimĂ© par hydrogĂ©nolyse pour donner une amide non substituĂ©e (4) et un aldĂ©hyde (5).

MĂ©canisme

La dĂ©gradation Bergmann  commence par la benzoylation du groupement alpha d'un peptide et la conversion ultĂ©rieure en un azoture d'acyle[1]. Comme dans le rĂ©arrangement de Curtius, l'azoture d'acyle, en prĂ©sence de l'alcool benzylique et de chaleur, se rĂ©organise en un intermĂ©diaire isocyanate très rĂ©actif, libĂ©rant de l'azote gazeux dans le procĂ©dĂ©[1]. L'isocyanate Ă  son tour, rĂ©agit avec de l'alcool benzylique pour former un benzylurĂ©thane (aussi appelĂ© carboxybenzyle), un composĂ© possĂ©dant un groupe protecteur amine carbamate[1] - [3]. L'Ă©limination du groupement protecteur carbamate est effectuĂ©e par hydrogĂ©nation catalytique en prĂ©sence d'acide chlorhydrique, suivie d'une addition d'eau bouillante[1] - [3] - [7], ce qui donne un intermĂ©diaire instable qui se rĂ©organise rapidement pour libĂ©rer du dioxyde de carbone CO2, poussant la rĂ©action vers l'avant. Ceci conduit Ă  un nouveau rĂ©arrangement et Ă  une hydrolyse, aboutissant finalement Ă  la formation d'un aldĂ©hyde portant le rĂ©sidu d'acide aminĂ© suivant dans la sĂ©rie de sĂ©quençage et Ă  l'expulsion du peptide rĂ©siduel sous forme amide[3].

Le mécanisme de la dégradation Bergmann
Le mécanisme de la dégradation Bergmann

Un mécanisme a été proposé, qui représente l'hydrogénation catalytique du benzyluréthane comme un réarrangement concerté qui libère du dioxyde de carbone en concomitance avec la formation de l'amide[3].

PrĂ©paration de l'azoture 

La conversion ci-dessus en azoture d'acyle a Ă©tĂ© rĂ©alisĂ©e de manière multiforme; Bergmann a utilisĂ© l'ester mĂ©thylique du peptide et de l'hydrazide, tandis que les plus rĂ©centes tentatives ont conçu des mĂ©thodes telles que : nitrosylation du N-formylaminoacylhydrazide et de substitution successive par l'azoture de sodium[7], la rĂ©action d'un acide carboxylique avec le phosphorazidate de diphĂ©nyle, la triĂ©thylamine et un composant hydroxyle[8], et la rĂ©action entre l'azoture de trimĂ©thylsilyle et le groupement anhydride d'un acide aminĂ©[3].

Applications

La dĂ©gradation de Bergmann est prĂ©vu pour, et a Ă©tĂ© utilisĂ© comme une mĂ©thode de sĂ©quençage de peptides[1] - [3]. Il a Ă©galement Ă©tĂ© proposĂ© pour cliver la liaison 3,4 du noyau de la pĂ©nicilline[3] - [9]. Le composĂ© isocyanate de 2,2-dimĂ©thyl-6-phthalimido-3-pĂ©namyle a Ă©tĂ© obtenu par divers moyens, y compris le rĂ©arrangement de Curtius, et il a Ă©tĂ© envisagĂ© qu'il pourrait subir la dĂ©gradation Bergmann pour former l'aldĂ©hyde dĂ©sirĂ© ainsi que de l'urĂ©e en sous-produit[9]. Bien que le dĂ©gradation de Bergmann soit effectivement possible, on a dĂ©couvert qu'une simple hydrolyse acide diluĂ©e suffisait Ă  former le produit souhaitĂ©[9].

Le réarrangement de Curtius

La dĂ©gradation de Bergmann utilise la dĂ©gradation de l'azoture dĂ©crite par le rĂ©arrangement de Curtius[1]. Curtius a Ă©galement tentĂ© de dĂ©grader les acides aminĂ©s benzoylĂ©s; toutefois, sa mĂ©thode impliquait le fractionnement du carbamate avec un traitement fortement Ă©nergique avec des acides, ce qui conduit Ă  la dĂ©composition de l'aldĂ©hyde et des acides aminĂ©s rĂ©sultant[1]. Cela a convaincu Bergmann que la dĂ©gradation de l'azoture de Curtius pouvait ĂŞtre suivie d'un traitement par l'alcool benzylique pour isoler l'aldĂ©hyde d'acide aminĂ© rĂ©sultant et l'amide peptidique rĂ©siduel Ă  des fins de sĂ©quençage[1].

La dégradation d'Edman

La dĂ©gradation d'Edman est une autre mĂ©thode de sĂ©quençage de peptides qui clive les rĂ©sidus d'acides aminĂ©s N-terminale du peptide[4]. En 1950 Edman a conçu une rĂ©action avec le thiocyanate de phĂ©nyle (idĂ©e qui a Ă©tĂ© empruntĂ©e Ă  partir d'une Ă©tude de 1927 par Bergmann, Kann et Miekeley[10]) pour donner des peptides phĂ©nylthiocarbamyl suivie d'une hydrolyse dans des conditions relativement douces pour cliver l'acide aminĂ© N-terminal sous forme de phĂ©nylthiohydantoĂŻne[4] - [10]. La phĂ©nylthiohydantoĂŻne est suffisamment stable pour subir diverses procĂ©dures de sĂ©quençage comme celles qui impliquent la chromatographie et la spectromĂ©trie de masse[1] - [6]. Ceci a Ă©tĂ© une amĂ©lioration par rapport Ă  une mĂ©thode antĂ©rieure proposĂ©e par Abderhalden et Brockmann, en 1930, qui a dĂ©montrĂ© la conversion d'acides aminĂ©s N-terminaux en une hydantoĂŻne dans des conditions hydrolytiques plus fortes, oĂą un clivage du peptide rĂ©siduel s'est avĂ©rĂ© problĂ©matique[10]. Le principal avantage que la dĂ©gradation d'Edman a sur la dĂ©gradation de Bergmann est la facilitĂ© avec laquelle le peptide rĂ©siduel peut rĂ©intĂ©grer le procĂ©dĂ© en raison de la rĂ©tention de sa structure tout au long du clivage sĂ©quentiel[5] - [6]. La rĂ©pĂ©tition de la dĂ©gradation de Bergmann n'est sans doute pas aussi simple, quand les peptides rĂ©siduels sont sous forme amide[3].

Références

  1. Bergmann, M., « Synthesis and Degradation of Proteins in the Laboratory and in Metabolism », Science, vol. 79, no 2055,‎ , p. 439–45 (PMID 17821739, DOI 10.1126/science.79.2055.439)
  2. Bergmann, M. et Zervas, L., « A Method for the Stepwise Degradation of Polypeptides », J. Biol. Chem., vol. 113,‎ , p. 341
  3. Comprehensive Organic Name Reactions and Reagents : Bergmann Degradation, John Wiley & Sons, Inc, , 3824 p. (ISBN 978-0-471-70450-8)
  4. Pehr Edman, Erik Högfeldt, Lars Gunnar Sillén et Per-Olof Kinell, « Method for Determination of the Amino Acid Sequence in Peptides », Acta Chemica Scandinavica, vol. 4,‎ , p. 283–293 (DOI 10.3891/acta.chem.scand.04-0283)
  5. R.S. Johnson et Walsh K.A., « Sequence analysis of peptide mixtures by automated integration of Edman and mass spectrometric data », Protein Sci., vol. 1, no 9,‎ , p. 1083–1091 (PMID 1304388, PMCID 2142175, DOI 10.1002/pro.5560010902)
  6. John Bryan Smith, Peptide Sequencing by Edman degradation, Slough, UK, Macmillan Publisher Ltd., , 1–3 p.
  7. M. Chorev et Goodman, « Partially modified retro-inverso peptides », Int. J. Pept. Protein Res., vol. 21, no 3,‎ , p. 258–268 (DOI 10.1111/j.1399-3011.1983.tb03103.x)
  8. K. Ninomiya, Shioiri, T. et Yamada, S., « Phosphorus in organic synthesis—VII », Tetrahedron, vol. 30, no 14,‎ , p. 2151–2157 (DOI 10.1016/S0040-4020(01)97352-1)
  9. J.C. Sheehan et Brandt, K.G., « A Novel Cleavage of the Penicillin Nucleus », J. Am. Chem. Soc., vol. 87, no 23,‎ , p. 5468–5469 (DOI 10.1021/ja00951a038)
  10. G.G. Evans et Reith, W.S., « The synthesis of 3-(4'-dimethylamino-3:'5'-dinitrophenyl)hydantoin derivatives of various amino acids and their use for the determination of N-terminal amino acids », The Biochemical Journal, vol. 56, no 1,‎ , p. 111–6 (PMID 13126100, PMCID 1269577, DOI 10.1042/bj0560111)

Voir aussi

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