Chimie Bioorganique: Science Naturelle et Non naturelle*

1. Chimie Bioorganique:Science Naturelle et Non naturelle* Behzad KARAMI * Bernald Breslow; vol.75 , Journal of Chemical Education,1998, 6, 750-718. JChemEd.chem.wisc.edu

2. Biologie Chimie bioorganique Chimie organique I. Introduction Biologie et chimie organique • chimie enzymatique • bactériologie • biologie humaine

3. Introduction Chimie bioorganique(passage entre chimie organique et biologie) • Chimie bioorganique, science naturelle: • arôme de fleur, • communication des insectes, • vision des animaux, • photosynthèse, • … • Les chimistes travaillent sur : • le métabolisme,les informations sur la génétique, catalyse enzymatique, effets et fonctions des hormones, synthèse des protéines

4. Introduction • Chimie bioorganique, science non naturelle (Transformation des produits naturels pour obtenir des nouveaux produits non naturels)

5. Introduction

6. Les constituants des cellules II. Les constituants des cellules sucre Acide amine 1. 1. Unité constituant la cellule Large unité dans les cellules 1. Acide aminé protéine 2. Acide gras Lipides / membranes Nucléotides Acide nucléique 3. Sucre Polysaccharide 4.

7. Les constituants des cellules

8. Les protéines II.1. Les protéines

9. Les protéines Les peptides - Enchaînement d’acides aminés - Chaque acide aminé est aussi appelé un résidu - 2 résidus = dipeptide, 3 résidus = tripeptide - 12-20 résidus = oligopeptide - 20-100 résidus = polypeptide - au-delà de 100 = protéine

10. Les protéines a Les protéines - Ce sont les composés organiques les plus abondants dans les cellules: ils constituent plus de 50% de leur masse sèche. - Les protéines jouent un rôle prédominant dans le fonctionnement cellulaire. - La « brique » de base qui constitue les protéines est l’acide aminé. Sauf pour la glycine, on distingue pour chaque acide aminé 2 énantiomères (Ca de configuration absolue R ou S).

11. Les protéines Les acides aminés sont des composés amphotères, ils peuvent se composer comme un acide (donneur de H+) ou comme une base (accepteur de H+). pH acide pH neutre pH basique H+ H+ H+ H+ K1 K2 cation zwitterion anion

12. Les protéines La structure tertiaire de certaines protéines est stabilisée par la formation de ponts disulfures (-S-S-) qui s’établissent entre 2 cystéines. + +H2

13. Les protéines

14. Les protéines

15. Les protéines / Enzyme II.1.a: Mécanisme de l’activité enzymatique

16. Les protéines / Enzyme Classification « officielle » des enzymes: - classe 1: oxydo-réductase (échanges d’e- ou de H-) - classe 2: transférase (ajout d’un groupement) - classe 3: hydrolase (coupent par addition d’eau) - classe 4: lyases (coupent avec apparition d’une double liaison ou au contraire ajoutent un groupement à une double liaison - classe 5: isomérases (isomérisent le substrat) - classe 6: ligases ou synthases (lient une autre molécule au substrat. Souvent en liaison avec l’hydrolyse d’ATP, ce qui fournit de l’énergie)

17. Les protéines / Enzyme E Glu35 Glu35 Milieu environnant ¨ ¨ ¨ ¨ Asp52 Asp52 +

18. Les protéines / Enzyme Asp32 Asp32 - - Asp215 Asp215 Asp32 Asp32 - - Asp215 Asp215

19. Les protéines / Enzyme Enzyme ribonucléase

20. Lipides / membranes II.2. Lipides / membranes

21. Lipides Ce sont des molécules insolubles dans l’eau et solubles dans les solvants organiques (chloroforme, éther …). Leurs rôles sont nombreux: - stockage d’énergie ou de vitamines liposolubles dans les graisses • rôle structural dans les membranes biologiques • transport de l’information (hormones) • vitamines impliquées dans la catalyse de réactions enzymatiques

22. Lipides / membranes chaîne hydrocarbonée (ou aliphatique) fonction acide déprotonée à pH 7 partie hydrophobe partie hydrophile molécule amphiphile Les lipides contenant des acides gras: Ce sont les lipides majoritaires. Comme leur nom l’indique ils sont composés d’acides gras. Les acides gras sont des acides organiques à longue chaîne hydrocarbonée (4 à 24 C)

23. Lipides / membranes Les acides gras comportent en général un nombre pair de carbones (le plus souvent 16 ou 18). Si un acide gras ne présente pas de double liaison on dit qu’il est saturé. Si il présente une ou plusieurs double liaisons il est insaturé.

24. Lipides / membranes Dans les acides gras naturels, la conformation de la double liaison est de type cis. Ceci induit une courbure rigide de la chaîne aliphatique. cis trans

25. Lipides / membranes Propriétés physiques des acides gras: micellisation Les acides gras sont amphiphiles, ils ont une partie polaire et une partie apolaire. Plus la partie apolaire est longue et moins les acides gras sont solubles dans l’eau. S’ils sont en concentration suffisante, les acides gras vont spontanément s’organiser en micelles. Dans cette structure les parties hydrophobes s’associent entre elles et seules les parties polaires des acides gras sont au contact de l’eau.

26. Lipides / membranes micelle monomère tête polaire (Hydrophile) queue non polaire (Hydrophobe)

27. Lipides / membranes Principe de formation d'une micelle (La couleur bleue symbolise l'eau)

28. Lipides / membranes

29. Lipides / membranes Propriétés des membranes biologiques: - Les membranes constituent une barrière sélective qui permet de compartimenter les cellules biologiques. La partie médiane de la membrane étant hydrophobe, elle est imperméable à toutes les molécules hydrophiles (ions, sucres…). Ceci permet le maintien de compositions différentes spécifiques des milieux intracellulaires ou intra organites. - Les membranes biologiques sont fluides. Leur cohésion est assurée par des interactions de faible énergie (principalement hydrophobes). Les molécules qui constituent ces membranes sont donc libres de diffuser et sont en mouvement constant.

30. Acide nucléique II.3. Acide nucléique Ce sont des molécules que l'on retrouve dans tout le règne animal. Elles portent l'information génétique à partir de laquelle seront synthétisées toutes les protéines de la cellule (stockage d'informations). Les nucléotides sont aussi impliqués dans le stockage de l'énergie et dans le transport d'informations.

31. Acide nucléique/ ADN

32. Acide nucléique/ ADN et ARN

33. Acide nucléique / ADN et ARN ADN naturel est polymérisé par liaisons phosphate et oxygène à C-5 et C-3 ADN non naturel est polymérisé par liaisons phosphate et oxygène à C-5 et C-2

34. Acide nucléique/ gènes

35. Conclusion III. Conclusion • Chimie bioorganique et futur • mille problèmes sans solution • organismes de mer • formations de structure chimique • mécanisme de mémoire humain et particulièrement effet de synthèse des protéines • détermination des gènes par les nucléotides • ……… • Chimie médicale Cancer, Agent antiviral, Agent antibactérien, Maladies de cœur, Obésité, Défaut génétique, Diabète, Arthroses, Elzeimer,…