LDD3 Chimie, Sciences de la vie - Site de Versailles

Ce module rentre dans les détails des mécanismes moléculaires permettant de décrire l’organisation interne de la cellule et permettra d’acquérir un esprit scientifique expérimental face aux questions de la Biologie Cellulaire.

Ses objectifs sont d'approfondir la compréhension de l'apport de l'analyse génétique, notamment en génétique humaine, ainsi que chez les organismes modèles pour lesquels l'accent est mis, d'une part sur les différents types d'interactions génétiques, et d'autre  part, sur la génétique inverse. Des outils, tels les chromosomes balanceurs et les éléments transposables, seront présentés. L’utilisation de ces outils chez la drosophile sera illustrée au cours des TP qui sont répartis sur trois séances de trois heures.

Ses objectifs sont d'approfondir la compréhension de l'apport de l'analyse génétique, notamment en génétique humaine, ainsi que chez les organismes modèles pour lesquels l'accent est mis, d'une part sur les différents types d'interactions génétiques, et d'autre  part, sur la génétique inverse.

Partie 1 - Protéines :
Régulation de la Traduction
Les Acides aminés, structures secondaires et supersecondaires, motifs et domaines structuraux, structure 3D, Repliement des protéines et Dynamique moléculaire

Modifications post-traductionnelles.

Purification de protéines et de complexes protéiques.

Partie 2 - ADN :

Réplication / Réparation

Transcription

Devenir des ARN-Export + ARN non codants

Régulation Expression des gènes

Organisation génomes

Comprendre les mécanismes de transmission, de maintenance, de transfert et de décodage de l'information héréditaire à un niveau global en faisant appel à des régulations fines s'effectuant à tous les niveaux de la chaîne de transmission de cette information. Comprendre la façon dont les structures tridimensionnelles complexes telles que les ARN et les protéines se forment. Comprendre les différents niveaux de régulation existants ou pouvant exister.

Les méthodologies de transgenèse chez différents organismes modèles sont décrites en cours et leurs applications sont illustrées en TD.

Un cours introductif expose les différentes stratégies de transgenèse chez divers organismes multicellulaires modèles.

Cette UE décrit des méthodologies de transgenèse chez différents organismes modèles (drosophile, souris, poisson-zèbre et plantes), et illustre l’intérêt de ces approches pour la compréhension de différents processus par l'analyse génétique et moléculaire de la fonction de gènes d'intérêt en biologie fondamentale et appliquée.

Notions de cinétique et d'ordre de réaction. Cinétique Michaelienne. Etude de fixation des ligands à l'équilibre. Coopérativité enzymatique. Bases thermodynamiques de l'allostérie. Aspect structural de la fonction enzymatique. Biologie moléculaire et Biochimie des protéines. Rapport entre structure et fonction d'une protéine en particulier après mutagenèse à partir d'exemples concrets de protéines recombinantes. Production de protéines recombinantes. Analyse d'articles en recherche appliquée.

Cette UE vise à fournir aux étudiants les connaissances fondamentales pour comprendre la biochimie des protéines et approfondir leur maîtrise de la biologie moléculaire. Elle a pour but de :

• Consolider les acquis en biologie moléculaire et en biochimie des protéines,
• Approfondir les notions d’enzymologie et les mécanismes d’interactions protéiques,
• Analyser la relation structure/fonction des protéines à l’échelle moléculaire,
• Se familiariser avec les outils d’analyse tels que la mutagénèse et la biologie structurale,

Introduire les stratégies actuelles du « gène à la protéine » pour optimiser la production et l’activité des protéines recombinantes, utilisées en bioproduction, biologie synthétique ou recherche fondamentale et appliquée (santé, chimie, environnement).

L’UE est une introduction à la génomique fonctionnelle. L’objectif principal est de comprendre  en quoi il est nécessaire d’appréhender certaines questions scientifiques par des approches exhaustives, utilisant des techniques de hauts débits.  Il s’agira de comprendre les enjeux de la génomique fonctionnelle et de l’utilisation des approches à hauts débits à travers des exemples concrets. Seront développées les approches techniques et technologiques de la transcriptomique, de la protéomique et également de l’interactomique (étude globale des réseaux d'interaction entre macromolécules).

Les enseignements sont principalement centrés sur l’organisme humain et permettent de revoir les grandes fonctions et régulations liées au métabolisme énergétique (nutrition, prise alimentaire, respiration, fonction urinaire, thermorégulation…). Ces enseignements s’appuient largement sur les bases théoriques des modes de communication intercellulaire, des voies de transduction ainsi que des différentes voies métaboliques détaillées dans les autres UE du parcours de formation. 

Un TP de mesure et d’analyse des gaz respiratoires au cours de l’exercice, sur étudiants volontaires, permet d’illustrer les enseignements théoriques. 

Ces enseignements sont donc à la fois l’occasion de compléter la formation biochimique et physiologique des étudiants de L3 mais apportent également des bases solides aux étudiants souhaitant poursuivre leur parcours de formation dans les domaines de la métabolomique, de la nutrition ou du sport.

L’objectif de l’UE est de comprendre les différents mécanismes qui assurent la régulation et l’adaptation des flux métaboliques au cours de situations physiologiques (exercice musculaire, postprandiale) et de certaines  situations physiopathologiques (diabètes, cancer).

Stage de 6 semaines minimum avec rapport écrit et soutenance orale à faire entre le Semestre 4 de la LDD2 et le Semestre 5 de la LDD3.

Si l'étudiant n'a pas trouvé de stage il existe une possibilité de faire une UE en S6 Chimie (CH617 - Projet bibliographique et expérimental personnalisé) ou S6 Biologie (BI614 - Stage terrain).

Cours et TD

1. Introduction générale : Les grandes familles de polymères et leurs applications.
2. Méthodes de synthèse des polymères : Polymérisations en chaîne : radicalaire, radicalaire contrôlée, ioniques. Polycondensations.
3. Caractérisation des macromolécules et comportement en solution : Solubilité (diagramme de phase). Analyse structurale. Méthodes de détermination des masses molaires moyennes.

Travaux Pratiques :
- Copolymérisation radicalaire styrène/méthacrylate de méthyle et caractérisation du copolymère.
- Polymérisation du styrène en émulsion ; détermination de la masse molaire par viscosimétrie.
- Polycondensation interfaciale: Encapsulation d'un colorant, préparation de fils de polyamide

Cet enseignement a pour objectif de donner aux étudiants les connaissances de base relatives à la chimie des polymères dont les applications sont très nombreuses et diversifiées (plastiques, matériaux, peintures et adhésifs, gélifiants, supports pour l’encapsulation, la vectorisation ou la synthèse …..). Les enseignements magistraux, illustrés par des travaux dirigés, présentent la chimie des polymères (structure, synthèse et caractérisation), leurs propriétés ainsi que leurs principales applications.

L’enseignement théorique est complété par des travaux pratiques qui comportent des synthèses de polymères, leur caractérisation et des exemples d’application pour l’encapsulation et la préparation de fibres.

1. Cours

Réactivité en alpha des doubles liaisons C=O

I) Equilibre céto-énolique

II) Formation des énolates

III) Réactivité des énols et des énolates

Composés polyfonctionnels

I) Aldéhydes et cétones a,b-insaturés

II) Dérivés dicarbonylés

III) Dérivés carbonylés hydroxylés (glucides)

IV) Dérivés d’acides fonctionnalisés (acides aminés /synthèse peptidique)

V) Dérivés halogénés fonctionnels

VI) Alcools fonctionnalisés

Réarrangements

I) Généralités

II) Réarrangements nucléophiles 1,2

III) Réarrangements électrophiles.

 2. Travaux dirigés

Approfondissement du cours par des exercices d’application.

Après l’étude des fonctions, ce cours a pour objet un approfondissement de la chimie organique par le biais de l’étude de la réactivité et de la synthèse de molécules organiques polyfonctionnelles. Les grandes classes de molécules naturelles seront abordées.

Cours magistral et TD

1ère partie : 

• Connaître les méthodes classiques de synthèse des solides

2ème partie : 

- Rappels sur le solide cristallisé, notion de périodicité cristalline.

-Appréhender la représentation d’un solide cristallisé et sa description structurale. Connaître quelques solides-types (structures blende, fluorine, rutile, pérovskite, spinelles)

- Principes de base de la détermination structurale. Notion de solide parfait.

- Propriétés remarquables (ex : propriétés électriques, magnétisme) de quelques solides cristallisés.

Travaux Pratiques

3 séances de TP de 6 h sont prévues. Elles ont pour objectif la synthèse de solides par différentes méthodes (voie sol-gel, voie hydrothermale, synthèse par co-précipitation). Les étudiants réaliseront des analyses physico-chimiques variées sur les solides qu’ils auront synthétisés.

La chimie repose sur le triptyque synthèse/structure/propriété. Ce cours tend à montrer la grande diversité de méthodes permettant de synthétiser des solides. Une seconde partie décrit brièvement les techniques de caractérisation structurale et l’utilisation qu’on peut en faire en termes de description géométrique des structures à l’échelle atomique et l’interprétation de leurs propriétés physiques.

Cours et TD

- Stabilité de la liaison de coordination, équilibres successifs, effet chélate, application à l’extraction sélective, série spectrochimique et propriétés électroniques.

- Propriétés redox des complexes de coordination, réaction de transfert d’électron(s).

- Stabilité des complexes de bas degré d’oxydation, introduction à la chimie des complexes métaux carbonyles, réactivité des ligands dans la sphère de coordination d’un métal, relation structure-réactivité, application à la catalyse.

Travaux Pratiques

- Relation entre structure et stabilité dans les complexes de coordination (4h)

- Synthèse et analyse d’un complexe de chrome (4h)

- Synthèse, caractérisation et propriétés d'un complexe de Fe(II) à transition de spin thermochrome (6h)

- Synthèses de complexes cuivriques à base de ligand oxalato. Une première
étape pour la synthèse de composés polymétalliques (4h)

Cette unité d’enseignement concerne l'étude de la réactivité des complexes de coordination des éléments de transition. Le cours traite des critères de stabilité des complexes de coordination selon la nature du centre métallique et des propriétés des ligands (effet pi donneur ou pi accepteur). Les différents mécanismes de substitution de ligands sont décrits et discutés selon les propriétés électroniques du complexe. Ces mécanismes sont illustrés par de nombreux exemples tirés de la littérature.

Thermodynamique des systèmes électrochimiques :

Description des solutions ioniques ; thermodynamique des électrolytes en solution diluée : théorie de Debye-Hückel ; coefficient d’activité et effet du sel 

Description de l’interface métal/solution ; notion d’électrodes (1°, 2° et 3° type) potentiel d’électrode, loi de Nernst

Les Piles : convention ; étude thermodynamique ; potentiel d’électrode 

Force Electromotrice des piles et grandeurs thermodynamiques ; Mesure de FEM et détermination des coefficients d’activité

Notion de cinétique électrochimique, voltammétrie cyclique, électrode tournante….

Corrosion :

Par voie sèche, réduction des oxydes métallique : Diagrammes d’Ellingham

Par voie humide : domaine de stabilité de l’eau. Les diagrammes potentiel-pH: Diagramme de Pourbaix

Passivation des métaux, corrosion électrochimique, formation de piles locales, protection des métaux.

Travaux pratiques

6h00- Electrode à Hydrogène: application à la détermination des produits d’autoprotolyse et des coefficients de Debye-Hückel de deux solvants : H2O et Ethanol (85%)-H2O

2 x3h00 : Piles et Corrosion

L'objectif de cette UE est d'acquérir les fondements thermodynamiques nécessaires à la compréhension des phénomènes qui mettent en jeu des réactions électrochimiques. A travers des exemples appliqués à des procédés industriels, les étudiants se familiariseront avec les déterminations de rendements énergétiques et les conversions d'énergie électrique.

Les phénomènes de corrosion électrochimique seront également étudiés.

Cours magistral et TD

- Réaction de substitution nucléophile

- Additions sur les liaisons multiples

- Réactions d’élimination

- Substitutions aromatiques

- Addition sur les carbonyles

- Addition-Elimination sur les dérivés carboxylés

Travaux pratiques

4 séances de TP de 7h sont prévues. Elles ont pour objectif la consolidation des acquis techniques. 

Intitulé des séances de TP :

Les techniques classiques d’extraction et de purification mises en évidence sur des produits naturels

Exemple de réaction de type Diels-Alder

Synthèse du camphre

La condensation aldolique : exemple et caractérisation

Cours magistral et TD

- Réaction de substitution nucléophile

- Additions sur les liaisons multiples

- Réactions d’élimination

- Substitutions aromatiques

- Addition sur les carbonyles

- Addition-Elimination sur les dérivés carboxylés

Travaux pratiques

4 séances de TP de 7h sont prévues. Elles ont pour objectif la consolidation des acquis techniques. 

Intitulé des séances de TP :

Les techniques classiques d’extraction et de purification mises en évidence sur des produits naturels

Exemple de réaction de type Diels-Alder

Synthèse du camphre

La condensation aldolique : exemple et caractérisation

Cours et TD

1. Eléments et opérations de symétrie. Détermination des groupes ponctuels de symétrie. Représentation stéréographique des groupes ponctuels de symétrie 
2. Structure des groupes ponctuels de symétrie. Classes d’équivalence.
3. Représentation linéaire des groupes ponctuels de symétrie : représentation irréductibles et représentation réductibles.

Travaux Pratiques

TP1 : Détermination des groupes ponctuels de symétrie à l’aide de modèles moléculaires. Etude de l’octaèdre et d’abaissement de symétrie. Projections stéréographiques. Tables de multiplication des opérations de symétrie. Classes d’équivalence.

TP2 : Représentations réductibles et irréductibles. Etude des tables de caractères des groupes ponctuels.

Application de la théorie des groupes à la symétrie moléculaire, illustrée aussi bien sur des molécules organiques que sur des complexes de coordination.

Cours et TD

I Les cinq postulats de la mécanique quantique

              1) Qu’est-ce qu’un état quantique ?

              2) Un état quantique peut être dépendant ou indépendant du temps

              3) Les opérateurs fondamentaux

              4) Mesure d’une propriété physique

              5) Valeur moyenne d’une propriété physique

II Trois systèmes modèles

              1) Particule dans une boite

              2) L’oscillateur harmonique

              3) Le rotateur rigide

III L’atome d’hydrogène et les ions hydrogénoïdes

              1) L’équation de Schrödinger pour les ions hydrogénoïdes

              2) Les orbitales atomiques

              3) Le spin électronique

Travaux Pratiques :

Les TP ont pour objectif de calculer la structure électronique de molécules (modèle du puits de potentiel). Les propriétés spectrales de molécules simples seront illustrées par l'étude d’un phénomène de chimiluminescence.

Présentation des notions essentielles en chimie quantique permettant d’appréhender les phénomènes de translation, de vibration et de rotation des particules élémentaires. Le cours se conclut par le traitement de l’atome d’hydrogène et des ions hydrogénoïdes.