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RÉSUMÉ
Les macromolécules biologiques synthétiques connaissent un développement considérable grâce à l’essor des biotechnologies. Leur mode d’obtention par biotechnologie impose d’avoir recours à des techniques particulières d’analyse aussi bien pendant les études de développement qu’en analyse de routine. Deux types d’exemples sont présentés dans cet article pour montrer les apports de la chimie analytique et la place qu’elle tient tout en demeurant dans le cadre strict de sa discipline : biotechnologies faisant appel à des processus de fermentation et de génie enzymatique et biotechnologique reposant sur la recombinaison génétique (génie génétique).
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Gwenola BURGOT : Professeur des Universités - Laboratoire de Chimie Analytique, Faculté des Sciences Pharmaceutiques et Biologiques, Université de Rennes1, Rennes, France
INTRODUCTION
Les macromolécules biologiques artificielles connaissent un essor considérable depuis que les procédés de biotechnologie ont permis de les synthétiser. Ces procédés regroupent des techniques d’utilisation de matériaux vivants pour synthétiser ou modifier des molécules. Par l’application intégrée des sciences biochimiques et microbiologiques, de la génétique et du génie chimique, les biotechnologies permettent le développement industriel des capacités et des propriétés des micro-organismes des cultures cellulaires et des produits qui en dérivent. On les retrouve dans les grands domaines d’applications : agroalimentaire, santé, biodiversité marine, environnement.
De nouveaux produits sont ainsi apparus. Dans le domaine agricole, la sélection de nouvelles variétés fait appel aux progrès de la génétique moléculaire et se matérialise par une amélioration de la résistance des végétaux aux intempéries ou aux prédateurs, comme par celle du rendement. Dans le domaine agroalimentaire, on assiste à l’élaboration de nouvelles protéines, comme à l’accélération de la croissance des animaux d’élevage. Dans le domaine de la santé, des progrès spectaculaires ont été enregistrés : production en pleine extension de vaccins à partir de protéines purifiées, de peptides synthétiques, d’anticorps monoclonaux à visée thérapeutique.
Les propos de la rubrique « Analyse des macromolécules biologiques » ne sont pas d’entrer dans le cadre de multiples contrôles auxquels doivent donner lieu les produits biotechnologiques : microbiologiques, biologiques, immunologiques, etc., ni d’entrer dans celui des règlements qui, sur le plan international ou européen, permettent de mieux appréhender les problèmes. Seule, la participation de la chimie analytique y est développée et permet de fournir des méthodes d’analyse pour contribuer à la connaissance structurale des macromolécules tout en constituant un outil qualité pour l’analyse de production.
Cet article constitue une introduction aux articles de la rubrique « Analyse des macromolécules biologiques ».
La notion de macromolécules est introduite en 1922 par un chimiste allemand, Hermann Staudinger qui les définit comme des enchaînements d’unités équivalentes ou monomères liés entre eux par des liaisons covalentes. Elles sont caractérisées par un poids moléculaire élevé. Il existe des macromolécules d’origine organique, les protéines, les glucides mais également d’origine minérale comme les silicones à base de silice et d’oxygène.
Les macromolécules biologiques ou biomolécules recouvrent quatre groupes de substances (polysaccharides, protéines, acides nucléiques et lipides) parmi lesquelles seuls les lipides ne sont pas de nature polymérique. Les macromolécules biologiques relèvent des domaines de la santé ou de la microbiologie avec des composés d’origine naturelle, notamment les composés cellulaires, ou d’origine synthétique, comme les médicaments ou les enzymes.
Les macromolécules biologiques artificielles ont longtemps été obtenues par modification de la macromolécule naturelle de référence ou par synthèse d’un monomère. Mais, les possibilités restaient limitées. Ce n’est que grâce à l’arrivée des procédés de biotechnologie que la production des macromolécules biologiques artificielles a pu connaître un essor important.
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MOTS-CLÉS
VERSIONS
- Version archivée 1 de avr. 1991 par Fernand PELLERIN
- Version archivée 2 de juin 1999 par Fernand PELLERIN
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Conclusion et perspectives
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2. Applications
2.1 Produits issus des fermentations et des réactions enzymatiques
Les processus fermentaires et enzymatiques sont la partie la plus ancienne de la production des produits biologiques. On ne peut que rappeler les boissons fermentées (vin, bière). Les techniques de fabrication sont depuis longtemps maîtrisées et bénéficient jour après jour des acquisitions conduisant à l’obtention d’enzymes purifiées et, avec leur concours, à des produits de qualité constante.
HAUT DE PAGE
Les enzymes sont obtenues à partir d’organismes animaux, végétaux, microbiens dans des conditions très variées. La préparation d’enzymes par culture microbienne doit garantir une fermentation contrôlée et empêcher la formation de produits toxiques ou indésirables. La participation de l’analyste implique une adaptation des méthodes classiques.
Les enzymes sont très souvent immobilisées sur un support par adsorption et échange de ligands.
Des préparations sont obtenues en recourant à des mutants hyperproducteurs d’enzymes purifiées par chromatographie d’affinité.
Cette diversité impose à l’analyste trois types de critères :
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la limitation de contaminants chimiques (As, Pb, métaux lourds, protéines étrangères) et microbiens (salmonella, coliformes…) ;
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la mise en évidence des additifs et ingrédients utilisés dans la production ; ces substances doivent être insolubles et retirées de l’aliment lorsqu’elles ont rempli leur rôle (processing aids) ;
-
la recherche et la limitation de produits tels que le glutaraldéhyde, etc.
À ces essais vient évidemment se joindre le titrage de l’activité enzymatique qui fait l’objet d’un développement particulier dans l’article [P3310] Identification, pureté et dosage d’une protéine, de cette rubrique.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ACARD, ABRC and the Royal Society - Biotechnology : report of a Joint Working Party of the Advisory Council for Applied Research and Development (ACARD), the Advisory Board for the Research Councils (ABRC) and the Royal Society. - London (HMSO) (connu sous le nom de SPINKS -Alfred rapport) (1980).
-
(2) - MC NAUGHT (A.D.), WILKINSON (A.) - Compendium of Chemical Terminology. - 2nd ed. Gold Book. IUPAC. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). https://doi.org.
-
(3) - European Pharmacopoeia. - 9e édition Direction européenne de la Qualité des Médicaments www.edqm.eu (2017).
-
(4) - USP United States Pharmacopeia, - 39e édition.
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Caractérisation par la détermination des masses moléculaires.
-
Détermination des structures 3D des macromolécules biologiques par diffraction X.
-
Spectrométrie de masse organique. Principe, méthodes d’introduction et d’ionisation.
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Analyse des macromolécules biologiques et applications. Généralités.
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