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RÉSUMÉ
La chimie supramoléculaire est à la base d'assemblages moléculaires complexes omniprésents dans la machinerie biologique dont ils assurent à la fois l’organisation structurale et la fonctionnalité. Cet article présente tout d'abord, au travers d'exemples choisis, quelques facettes de la chimie supramoléculaire dans le monde vivant. Une seconde partie traitera du concept de chimie combinatoire dynamique et introduira la notion de topologie moléculaire appliquée à la chimie des caténanes, des rotaxanes et des nœuds.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Christophe BUCHER : Directeur de recherche CNRS - Laboratoire de chimie, École normale supérieure de Lyon, CNRS, UCBL, 46 Allée d'Italie, 69364 Lyon, France
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Jean-Pierre DUTASTA : Directeur de recherche CNRS - Laboratoire de chimie, École normale supérieure de Lyon, CNRS, UCBL, 46 Allée d'Italie, 69364 Lyon, France
INTRODUCTION
La chimie supramoléculaire repose sur des principes régissant l'association et l'auto-organisation des molécules via des liaisons non covalentes appelées aussi liaisons faibles. Cette branche de la chimie s'est développée à partir de la fin des années 1960 avec la mise en évidence d'associations entre deux ou plusieurs entités moléculaires. Ces assemblages ont la propriété d'être réversibles et leur stabilité thermodynamique va dépendre des forces intermoléculaires mises en jeu. C'est sur ces bases que s'est développé le principe de la reconnaissance moléculaire, où les notions de complémentarité géométrique et électronique et de préorganisation sont essentielles. Ces différentes notions ont été présentées dans l'article [NM 220] « Introduction à la chimie supramoléculaire. Concepts – chimie hôte invité ».
Dans ce second article d'introduction à la chimie supramoléculaire, nous montrerons tout d'abord comment les phénomènes de reconnaissance s'appliquent à la chimie du vivant. Ils sont essentiels pour maintenir la conformation et la stabilité des structures des biomolécules, leur conférant ainsi des fonctions très variées. Nous verrons aussi comment les informations contenues dans ces assemblages supramoléculaires peuvent être utilisées dans le domaine de la thérapie et du diagnostic. Nous aborderons ensuite l'aspect dynamique de la chimie supramoléculaire au travers de ce que J.-M. Lehn a appelé la chimie combinatoire dynamique, où les processus d'auto-assemblages vont être utilisés pour identifier ou amplifier des phénomènes de reconnaissance moléculaire. Enfin, dans une dernière section, nous introduirons quelques notions de topologie moléculaire en relation avec la conception d'entités plus complexes comme les rotaxanes ou les nœuds moléculaires, dont la synthèse nécessite souvent des approches de chimie supramoléculaire.
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MOTS-CLÉS
auto-organisation caténanes rotaxanes nœuds moléculaires chimie supramoléculaire chimie combinatoire dynamique topologie moléculaire
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Chimie supramoléculaire du vivant
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5. Glossaire
ADN, acide desoxyribonucléique ; desoxyribonucleic acid
Macromolécule support de l'information génétique, formée par l'enchaînement de nucléotides, eux-mêmes constitués d'une base nucléique (adénine, guanine, thymine, cytosine), d'un groupe phosphate et d'un sucre (désoxyribose).
ARN, acide ribonucléique ; ribonucleic acid
Macromolécule similaire à l'ADN où le sucre est un ribose.
CCD, chimie combinatoire dynamique ; dynamic combinatorial chemistry
La chimie combinatoire dynamique est une extension de la chimie combinatoire où les divers éléments d'un mélange en solution s'associent de manière réversible via des liaisons réversibles, covalentes ou non. La constitution des mélanges réactionnels, c'est-à-dire la proportion de chaque combinaison possible, est imposée par les équilibres mis en jeu et par les conditions opératoires. On parle de bibliothèque dynamique de produits.
Polynucléotide ; polynucleotide
Polymère formé par l'assemblage de nucléosides liés entre eux par des liaisons phospho-diesters. Par exemple, l'ADN est constitué de deux chaînes polynucléotides complémentaires formant une structure en double hélice.
Protéine ; protein
Macromolécule (polymère) composée d'une ou plusieurs chaînes d'acides aminés. On compte vingt types d'acides aminés constituant les protéines. La structure tridimensionnelle des protéines est caractérisée par : 1) la structure primaire, c'est à dire l'enchaînement des acides aminés (structure chimique) ; 2) la structure secondaire qui décrit la conformation de ces enchainements (hélice-α, feuillet-β, etc.) ; 3) la structure tertiaire qui correspond à l'arrangement spatial des différentes structures secondaires ; 4) la structure quaternaire qui décrit l'association de plusieurs de ces structures tertiaires.
Enzyme ; enzyme
Protéine présente dans les cellules et ayant des propriétés catalytiques.
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - WATSON (J.D.), CRICK (F.H.C.) - Nature. - 171, 737-738 (1953).
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(2) - KENDREW (J.C.), BODO (G.), DINTZIS (H.M.), PARRISH (R.G.), WYCKOFF (H.), PHILLIPS (D.C.) - Nature. - 181, 662-666 (1958).
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(3) - KENDREW (J.C.), DICKERSON (R.E.), STRANDBERG (B.E.), HART (R.G.), DAVIES (D.R.), PHILLIPS (D.C.), SHORE (V.C.) - Nature. - 185, 422-427 (1960).
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(4) - RICHARDSON (J.S.) - Advances in Protein Chemistry. - 34, 167-339 (1981).
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(5) - PERUTZ (M.F.), ROSSMANN (M.G.), CULLIS (A.F.), MUIRHEAD (H.), WILL (G.), NORTH (A.C.T.) - Nature. - 185, 416-422 (1960).
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(6) - FERMI (G.), PERUTZ (M.F.), SHAANAN (B.), FOURME (R.) - J. Mol. Biol.. - 175, 159-174 (1984).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Visualisation des structures moléculaires complexes (protéines, polynucléotides) : the NGL Viewer :
AS Rose, AR Bradley, Y Valasatava, JM Duarte, A Prlić and PW Rose. Web-based molecular graphics for large complexes. Bioinformatics : bty 419, 2018.doi :10.1093bioinformatics/bty 419
AS Rose and PW Hildebrand. NGL Viewer : a web application for molecular visualization. Nucl Acids Res (1st July 2015) 43 (W1) : W576-W579 first published online April 29, 2015. doi :10.1093/nar/gkv402
Visualisation 3D des protéines et autres molécules : Proteopedia :
Prilusky J, Hodis E, Canner D, Decatur W, Oberholser K, Martz E, Berchanski A, Harel M, Sussman JL. Proteopedia : A status report on the collaborative, 3D web-encyclopedia of proteins and other biomolecules. J Struct Biol. 2011 Apr 23. PMID :21536137 doi :10.1016/j.jsb.2011.04.011.
NGL Viewer : Figure 3 (PDB ID : 3RGK, DOI :10.1016/S0022-2836(05)80181-0). Figure 4 (PDB ID : 2hhb, DOI :10.1016/0022-2836(84)90472-8). Figure 5B (PDB ID : 1LGH, DOI :10.1016/S0969-2126(96)00063-9). Figure 6 (PDB ID : 2J0D, DOI :10.1073/pnas.0603236103).
Proteopedia : Figure 5A (PDB ID : 2TMV, DOI :10.1016/0022-2836(89)90391-4).
HAUT DE PAGE
Theoretical and Computational Biophysics Group de l'université de l'Illinois à Urbana-Champaign (USA) :
Sur le fonctionnement des enzymes :
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