En marge de la chimie orientée vers une finalité visée où le chimiste cherche à obtenir une cible moléculaire ou supramoléculaire à une structure précise et bien définie, une branche émergente de la chimie organique moderne étudie la création et l’évolution autonomes de systèmes supramoléculaires voire systémiques en milieu aqueux et sans l’intervention dirigiste du chercheur. Trois grandes classes de biomolécules seront étudiées :
- Les lipides (acides gras, phospholipides, terpènes, stéroïdes)
- Les peptides (ayant un enchaînement défini ou aléatoire d’aminoacides)
- Les nucléotides (synthèses des N-hétérocycles, carbohydrates et leur phosphorylation)
Pour chacune de ces familles il sera fait une comparaison entre : la biosynthèse (sans toutefois s’attarder sur l’aspect enzymatique), la synthèse classique dirigée et la synthèse spontanée abiotique, c’est-à-dire sans groupe protecteur, sans enzyme, dans l’eau. Des conditions de formation de longues chaînes carbonées et de polymérisation par déshydratation dans l’eau seront étudiées. L’intérêt des mélanges complexes de biomolécules (des effets de matrice, d’ancrage et de compartimentation) et de leurs assemblages micro- et nanométriques (vésicules, bicouches supportées) sera abordé. Le cours est donné en français, les supports et la présentation sont écrits en anglais (sauf l’introduction).
Compétences attestées transversales :
Lecture de textes scientifiques en anglais.
Compétences attestées spécifiques :
Connaissance de l'état de l'art actuel en chimie des systèmes biomoléculaires et approche systémique de l'origine chimique du vivant.
Plan du cours
Chapitre 1
- Substances chimiques et briques de la nature vivante
- Biopolymères et lipides
- Précurseurs naturels de C₁, C₂ et C₅
- Biosynthèse des acides gras
- Biosynthèse des isoprénoïdes, terpènes et stéroïdes
- Cycle de Krebs (oxaloacétate ⇄ citrate)
Chapitre 2
- Évolution précoce des compartiments membranaires
- Biochimie et évolution biologique des lipides
- Groupements polaires des phospholipides naturels
- Formation abiotique de longues chaînes alkyles
- Synthèse de Fischer-Tropsch des alcanes en phase gazeuse
- Synthèse de type Fischer-Tropsch des amphiphiles en phase aqueuse
- Conclusions sur la synthèse de type Fischer-Tropsch
- Lipides glycérolés abiotiques et leur auto-assemblage
- Vésicules formées à partir d’amphiphiles
- Introduction aux amphiphiles
- Forme et empilement des tensioactifs
- Taille des vésicules
- Vésicules géantes obtenues par hydratation de films lipidiques secs minces
- Dynamique des membranes vésiculaires
- Fusion, croissance, invagination et division des vésicules géantes
- Température de transition de phase principale et séparation de phases
Chapitre 3
- Formation abiotique des acides aminés et des peptides
- Structure et propriétés physico-chimiques des α-aminoacides
- L’expérience de décharge électrique de Miller-Urey
- Agents déshydratants dans l’eau
- La cyanamide et la cyanoguanidine comme agents de condensation
- Croissance de chaînes oligopeptidiques dans l’eau médiée par l’EDC
- Croissance de chaînes oligopeptidiques dans l’eau médiée par le CDI
- Croissance de chaînes peptidiques médiée par l’ARN lors de la traduction
- Aminoacylation abiotique des nucléotides
- Aminoacylation en position C-terminale des nucléotides selon Pascal
- Acides aminés et peptides nucléotidylés en position N-terminale selon Richert
Chapitre 4
- Formation abiotique des nucléosides et nucléotides
- Chimie des hétérocycles azotés et des glucides dans l’eau
- Homologation du cyanure d’hydrogène en adénine selon Oró
- Réseau réactionnel et produits de la réaction de formose selon Butlerow
- Formation abiotique des ribonucléosides et de l’ARN selon Benner
- Formation abiotique des nucléotides pyrimidiques selon Sutherland
- Formation abiotique des nucléosides puriques selon Carrell
Chapitre 5
- Polymérisation des nucléotides par matrice enzymatique
- Polymérisation et ligation abiotiques
- Polymérisation de nucléotides sur matrice selon Orgel
- Ligation d’oligonucléotides sur matrice selon von Kiedrowski
- Ligation d’oligopeptides sur matrice selon Ghadiri
- Amplification et réplication des macromolécules
