L2 Interface Biologie-Chimie

Compétences à acquérir

À l’issue de cet enseignement, les étudiants seront en mesure de : OAV1. Intégrer le mécanisme de réplication de l’ADN chez les procaryotes, restituer l’enchainement des étapes à l’échelle de la cellule en associant réplication et division cellulaire. OAV2. Définir quelques types de lésions de l'ADN, distinguer lésion et mutation, décrire le polymorphisme présent au sein d’une population. OAV 3. Intégrer les notions de base de la génétique mendélienne : il/elle devra être capable de décrire les étapes de mitose et de méiose, résoudre un problème de génétique en prédisant le devenir d'un et de deux couples d'allèles à travers la reproduction sexuée ; calculer la distance génétique entre deux sites mutés ; en prédisant le devenir d’un allèle lors de la parasexualité bactérienne : transformation, conjugaison. OAV 4. Analyser cribles génétiques et tests de complémentation fonctionnelle pour identifier le ou les gènes impliqué(s) dans un processus biologique (analyse de mutants). OAV5. Décrire et de distinguer les différentes étapes de la transcription (initiation, élongation et terminaison) chez les procaryotes et les eucaryotes, ainsi que les différents mécanismes de régulation transcriptionnelle et/ou post-transcriptionnelle en incluant ceux impliqués dans l’initiation de la transcription, la stabilité des ARNm et l’épissage. OAV6. Décrire les mécanismes impliqués dans les différentes étapes de la traduction (initiation, élongation et terminaison). OAV7. Décrire la structure des gènes et des génomes chez les eucaryotes et chez les procaryotes. OAV8. Décrire les effets des mutations lorsqu’elles sont positionnées sur le promoteur des gènes ou ses séquences de régulation localisées en cis, dans la séquence codante, à la jonction intron-exon et da ns les régions intergéniques. OAV9. Décrire les techniques expérimentales de biologie moléculaire (but, principe, limites et contrôles), d’appliquer la démarche scientifique : analyser et interpréter les résultats expérimentaux, formuler à partir de ces données des conclusions ou des hypothèses. OAV10. Mettre en œuvre un protocole expérimental incluant des approches génétiques, de biologie moléculaire et de microbiologie en respectant les règles de sécurité en laboratoire. OAV11. Calculer le titre d’une culture bactérienne, déterminer un pourcentage de survie et une fréquence de mutants, réaliser et analyser des tests génétiques (dominance/récessivité et complémentation fonctionnelle) chez la levure. Réaliser une expérience de PCR incluant le design des amorces. Caractériser des mutations par comparaison de séquences d’ADN.

Description du contenu de l'enseignement

Le contenu réparti dans deux UEs sur les 2 semestres GBM1 (L2S3) et GBM2 (L2S4) vise à permettre aux étudiants 1) d’intégrer les connaissances actuelles sur les mécanismes de transmission de l’information génétique tant par des approches génétiques que par des approches de biologie moléculaire, à la fois chez les procaryotes et les eucaryotes ; 2) d’intégrer les principaux concepts qui président à la stabilité et l’évolution des génomes ; 3) d’intégrer les différentes techniques de biologie moléculaire ainsi que les approches génétiques mises en œuvre pour étudier l’ensemble de ces mécanismes.

Pré-requis obligatoires

Pré-requis : Bases de biologie moléculaire et de génétique de L1 (réplication, transcription, traduction, mitose et méiose). Bases de la démarche scientifique et techniques expérimentales vues en L1.

Pré-requis recommandés

Semestre 1 (L2S3)

Compétences à acquérir

OAV1. Décrire la structure des protéines à différents niveaux (primaire, secondaire, tertiaire et quaternaire) en s’appuyant sur les propriétés de la liaison peptidique et des chaînes latérales des acides aminés. OAV2. Décrire les principes des méthodes utilisées pour comparer les séquences et les structures des protéines. Expliciter les conséquences des liens évolutifs. OAV3. Décrire la succession des étapes nécessaire à l'obtention d'une protéine recombinante. OAV4. Décrire les méthodes usuelles de purification préparative des protéines. OAV5. Connaitre les principales méthodes d'analyse des protéines (SDS PAGE, western blot, séquençage). Interpréter les résultats d'expériences simples. OAV6. Formuler et discuter les principes de bases de la Bioénergétique cellulaire. OAV7. Reconnaitre, décrire et représenter les sucres simples et les principaux polysaccharides de réserve et de structure. OAV8. Nommer, définir et exposer les voies métaboliques impliquées dans la synthèse de ATP cellulaire à partir de l’oxydation des sucres et des lipides simples. OAV9. Décrire, représenter, expliquer et exposer l'ensemble des éléments impliqués dans le processus de phosphorylation oxydative.

Description du contenu de l'enseignement

L’objectif général du cours est de donner une base bien établie en Biochimie des protéines et Métabolisme énergétique . Pour la première partie, le but sera d’acquérir des connaissances précises sur ce que sont les protéines et leur importance en biologie. Le cours décrit, de façon précise, les différents niveaux de leur organisation structurale avec l’idée d’unifier l’extraordinaire diversité des organisations macromoléculaires rencontrée en biologie par la combinaison de quelques principes sous-jacents. Dans la seconde partie de cet enseignement, le but sera de comprendre les principes qui régissent les conversions d’énergie dans la cellule. En particulier, le cours se focalisera sur les mécanismes permettant à des organismes hétérotrophes d’oxyder les nutriments pour assurer la synthèse d’ATP. Les travaux dirigés sont conçus pour apprendre aux étudiants à savoir regarder et se repérer dans une structure de protéine, y compris en utilisant des outils de bioinformatique structurale, et également à manipuler les concepts acquis sur les propriétés physico-chimique des protéines grâce à des exercices concrets. Ils leur permettront également de manipuler les concepts acquis sur les conversions d’énergie grâce à des exercices concrets. L'esprit de cette unité d'enseignement est de se focaliser sur un éventail restreint de questions, choisies parce qu'elles sont une base utile à l'ensemble de la Biologie, mais de les couvrir avec une certaine exigence.

Pré-requis obligatoires

Pas de pré-requis

Pré-requis recommandés

Semestre 1 (L2S3)

Bibliographie, lectures recommandées

- "Principes de Biochimie" de Lehninger - "Biochimie" de Stryer, Berg et Tymoczko

Modalités d'organisation et de suivi

Deux cours par semaine de 1h30 en Amphi : 1 sur les protéines et l'autre sur le métabolisme énergétique. 11 TD de 2h permettront d'approfondir les notions vues en cours et parfois d'aller plus loin dans certains domaines. Un partiel est organisé en milieu de semestre (QCM) et un examen final a lieu généralement avant les vacances de Noel.

Compétences à acquérir

À l’issue de cet enseignement, les étudiants seront en mesure de : OAV1. Intégrer le mécanisme de réplication de l’ADN chez les procaryotes, restituer l’enchainement des étapes à l’échelle de la cellule en associant réplication et division cellulaire. OAV2. Définir quelques types de lésions de l'ADN, de distinguer lésion et mutation, décrire le polymorphisme présent au sein d’une population. OAV3. Intégrer les notions de base de la génétique mendélienne : il/elle devra être capable de décrire les étapes de mitose et de méiose, résoudre un problème de génétique en prédisant le devenir d'un et de deux couples d'allèles à travers la reproduction sexuée ; calculer la distance génétique entre deux sites mutés ; en prédisant le devenir d’un allèle lors de la parasexualité bactérienne : transformation, conjugaison. OAV4. Analyser cribles génétiques et test de complémentation fonctionnelle pour identifier le ou les gènes impliqué(s) dans un processus biologique (analyse de mutants). OAV5. Décrire et distinguer les différentes étapes de la transcription (initiation, élongation et terminaison) chez les procaryotes et les eucaryotes, ainsi que les différents mécanismes de régulation transcriptionnelle et/ou post-transcriptionnelle en incluant ceux impliqués dans l’initiation de la transcription, la stabilité des ARNm et l’épissage. OAV6. Décrire les mécanismes impliqués dans les différentes étapes de la traduction (initiation, élongation et terminaison). OAV7. Décrire la structure des gènes et des génomes chez les eucaryotes et chez les procaryotes. OAV8. Décrire les effets des mutations lorsqu’elles sont positionnées sur le promoteur des gènes ou ses séquences de régulation localisées en cis, dans la séquence codante, à la jonction intron-exon et dans les régions intergéniques. OAV9. Décrire les techniques expérimentales de biologie moléculaire (but, principe, limites et contrôles), appliquer la démarche scientifique: analyser et interpréter les résultats expérimentaux, formuler à partir de ces données des conclusions ou des hypothèses. OAV10. Mettre en œuvre un protocole expérimental incluant des approches génétiques, de biologie moléculaire et de microbiologie en respectant les règles de sécurité en laboratoire. OAV11. Calculer le titre d’une culture bactérienne, déterminer un pourcentage de survie et une fréquence de mutants, réaliser et analyser des tests génétiques (dominance/récessivité et complémentation fonctionnelle) chez la levure. Réaliser une expérience de PCR incluant le design des amorces. Caractériser des mutations par comparaison de séquences d’ADN.

Description du contenu de l'enseignement

Le contenu réparti dans deux UEs sur les 2 semestres GBM1 (L2S3) et GBM2 (L2S4) vise à permettre aux étudiants 1) d’intégrer les connaissances actuelles sur les mécanismes de transmission de l’information génétique tant par des approches génétiques que par des approches de biologie moléculaire, à la fois chez les procaryotes et les eucaryotes ; 2) d’intégrer les principaux concepts qui président à la stabilité et l’évolution des génomes ; 3) d’intégrer les différentes techniques de biologie moléculaire ainsi que les approches génétiques mises en œuvre pour étudier l’ensemble de ces mécanismes.

Pré-requis obligatoires

Bases de biologie moléculaire et de génétique de L1: réplication, transcription, traduction, mitose et méiose. Bases de la démarche scientifique, techniques expérimentales vues en L1.

Pré-requis recommandés

Semestre 2 (L2S4)

OAV1. Décrire l’organisation des cellules eucaryotes et leur environnement cellulaire

Il s’agit ici que l’étudiant (i) approfondisse les notions vues en L1 sur les organites intracellulaires et le cytosquelette et (ii) sache décrire et illustrer la structure de la matrice extracellulaire, les interactions cellules/matrice et les caractéristiques de la paroi des végétaux.

OAV2. Schématiser les différents modes de communication intercellulaire et leur impact sur l’activité biochimique, sur l’expression génique et sur l’organisation de la cellule cible (cytosquelette en particulier).

Il s’agit ici que l’étudiant soit capable de décrire les bases de la communication cellulaire (signal, récepteur membranaire, cascade intracellulaire, réponse biochimiques ou modification d’une combinatoire de facteurs de transcription spécifiques). Ces bases sont préalables à l’étude des comportements cellulaires in vivo (OAV6). Il n’est pas demandé de retenir la structure de voies de signalisation classiques ni de connaître les grandes familles de facteurs de transcription spécifiques.

OAV3. Décrire et schématiser les comportements cellulaires fondamentaux

Il s’agit ici que l’étudiant soit capable de décrire les comportements cellulaires universels qui sous-tendent le développement des organismes pluricellulaires : la division cellulaire (et l’influence de ses modalités sur le devenir des cellules), les étapes d’une voie de différenciation, l’expansion d’une cellule végétale, la transition épithélio-mésenchymateuse et la migration d’une cellule animale. D’un point de vue mécanistique, un focus est fait sur le rôle du cytosquelette au cours de la mitose animale et végétale et sur la régulation du cycle cellulaire (limité à la régulation de l’entrée en phase S). On introduit aussi la notion de programme génétique de différenciation.

OAV4. Décrire la formation/organisation et le devenir d’un nombre limité de structures embryonnaires ou post-embryonnaires

On souhaite ici que l’étudiant acquiert le vocabulaire de base préalable à la description de phénotypes in vivo et qu’il se familiarise avec les systèmes développementaux dans lesquels les processus cellulaires du développement seront étudiés. Il s’agit d’être capable de décrire un nombre limité de structures embryonnaires/post-embryonnaires (l’embryon d’angiosperme et le fonctionnement des méristèmes apicaux pour le développement végétal ; le développement précoce, les crêtes neurales et les somites pour le développement animal qui sera limité à des modèles vertébrés). L’étudiant doit aussi être capable de situer ces structures dans l’espace et le temps et de citer leur devenir.

OAV5 (transversal). Savoir décrire et/ou mettre en œuvre différentes techniques d’analyse couramment utilisées en Biologie cellulaire et Développement

L’enjeu ici est que l’étudiant soit capable de décrire, sans rentrer dans les détails moléculaires, le principe des techniques/outils d’analyse couramment utilisés en Biologie cellulaire et Développement. D’un point de vue pratique, l’étudiant apprendra à réaliser une immunofluorescence, manipuler les fonctions de base d’un logiciel de traitement d’image (IMAGEJ) et réaliser un montage.

OAV6 (transversal). Analyser des expériences in vitro ou in vivo et modéliser une procédure ou un résultat

Le but ici est que l’étudiant soit capable, sur la base des connaissances théoriques et techniques acquises (OAV 1 à 5), d’interpréter un panel d’expériences (au niveau cellulaire ou au niveau de l’organisme) ayant trait à un nombre limité de systèmes développementaux. Il lui est demandé de savoir décrire un phénotype, comparer contrôle et situation expérimentale et conclure sur la question biologique traitée. Si une modélisation du résultat est demandée, l’étudiant sera guidé pas à pas dans sa réalisation (par exemple via des schémas à compléter).

Objectifs : Cette UE pluridisciplinaire vise à former les étudiants dans les disciplines intégratives que sont la biologie cellulaire et la biologie du développement. Sur le plan théorique, les thèmes traités permettront d’illustrer : (i) La façon dont les comportements cellulaires universels (division, différenciation, croissance/élongation + migration chez les animaux) façonnent l’organisme en développement au cours du temps et dans les 3 dimensions de l’espace. (ii) Les spécificités du développement végétal (stratégie d'adaptation à l'environnement et à ses contraintes). (iii) L’importance de la communication et des interactions entre cellules/tissus pour le développement harmonieux de l'organisme.

Programme : Les cours magistraux (20h) aborderont dans un premier temps la dynamique des cellules animales et végétales dans leurs aspects fondamentaux. Les points traités incluent la cellule dans son environnement tissulaire (interaction cellules/cellules et cellules/matrice), une introduction à la signalisation cellulaire et l’étude des processus de division, différenciation et migration cellulaires. Ces apprentissages seront ensuite exploités dans le contexte de l’organisme animal ou végétal en développement dans le but d’illustrer comment prolifération, spécialisation cellulaire, changements de forme, croissance, processus migratoires (chez les animaux) et communications intercellulaires contribuent à façonner le futur individu. Une ouverture sera faite sur les pathologies associées à ces processus et la biologie des cellules souches. Les travaux dirigés (15h) seront consacrés à observer, se questionner et mettre en œuvre les bases de la démarche scientifique. Un accent particulier sera mis sur la méthodologie de l’analyse de documents, la schématisation et la modélisation de résultats. Les travaux pratiques (10h) permettront une initiation à la technique d’immunofluorescence et à la manipulation des fonctions de base d’un logiciel d’imagerie (ImageJ).

Programme de L1 :

• Notion de cellules et d'homéostasie cellulaire
• Composition, fonction et interactions des différents compartiments cellulaires
• Cytosquelette et mitose
• Développement embryonnaire précoce du Xénope
• Organisation d’une plante à fleurs et développement primaire

Programme de L2S3 (UE GBM et Biochimie) :

• Expression de l’information génétique
• Structure du gène eucaryote
• Structure des protéines à différents niveaux
• Techniques expérimentales de biologie moléculaire

Semestre 2 (L2S4)

Biologie moléculaire de la cellule. H. Lodish. Biologie moléculaire de la cellule. B. Alberts, et al. Biologie du développement: Les grands principes. L.Wolpert et al. Biologie Végétale Croissance et Développement. J.F. Morot-Gaudry, R. Prat & I. Bohn-Courseau

L’UE bénéficie d’une plateforme en ligne sur le site eCampus, regroupant des synthèses rédigées reprenant les thèmes majeurs abordés en cours et des quizz d’auto-évaluation.

• Savoir décrire un complexe d’un métal de transition (savoir le représenter, le nommer et effectuer le décompte électronique des orbitales de valence)
• Savoir représenter les orbitales d et trouver leur levée de dégénérescence dans différentes géométries dans le cadre du modèle de champ cristallin
• Savoir interpréter le champ de ligand en fonction de la nature du métal et du ligand
• Savoir exploiter la configuration électronique pour comprendre des données spectroscopiques simples ( absorption UV-visible , moment magnétique)

• Définition d’un complexe et nature de l’interaction métal-ligand
• Le métal de transition : situation dans le tableau périodique, potentiel d’ionisation, description des orbitales d, énergie des orbitales de valence, configuration électronique
• Description des ligands : denticité, hapticité,…
• Description des complexes : Géométrie, décompte électronique, nomenclature, équilibre de complexation (constante de formation, effet chélate)
• Structure électronique des complexes dans le cadre du modèle de champ cristallin (symétrie octaédrique, tétraèdrique, plan carré, effet Jahn-Teller, champ fort - champ faible, série spectrochimique)

Bases en chimie générale et chimie organique de L1 :

• De l’atome à la matière
• Transformation et propriétés de la matière

• Savoir décrire les principes de base de techniques d’analyse et de séparation couramment utilisées en laboratoire (chromatographie, spectroscopie infrarouge (IR), spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) et spectrométrie de masse (SM)
• Savoir extraire les données pertinentes d’un spectre ou d’un chromatogramme
• Interpréter les données spectrales en informations structurales

Croiser des données issues de différentes spectroscopies pour élucider la structure moléculaire d’un composé

Chromatographie : principe générale de la séparation, introductions aux différents types de chromatographie, conditions d'optimisation de la séparation. Spectroscopie IR : modèle de l'oscillateur harmonique, description des modes de vibration, analyses de spectres en transmittance, utilisation de tables de données de nombres d'onde IR. Spectroscopie RMN du proton : bases du phénomène RMN, évaluation du spin, effet Zeeman, fréquence de résonance, précession de Larmor, interaction d'écran électronique, définition de l'échelle de déplacement chimique, interaction de couplage scalaire, triangle de Pascal, équivalence chimique et magnétique, analyses de spectres du 1er ordre simples, utilisation des tables de données RMN proton. Spectrométrie de Masse : principe général de la SM, définitions des différentes masses, applications exclusives en impact éléctronique, fragmentations des fonctions carbonyle, amine et éther-oxydes.

1. Chromatographie 1.1. Principe général 1.2. Chromatographie en phase liquide 1.3. Chromatographie en phase gazeuse 1.4. Facteurs influençant l’élution des composés

2. Spectroscopie IR 2.1. Modèle de l'oscillateur harmonique et fréquence de vibration 2.2. Facteurs influençant la fréquence de vibration 2.3. Les modes de vibration 2.4. Interprétation des bandes par fonctions chimiques

3. Spectroscopie RMN proton 3.1. Principe général 3.2. Le déplacement chimique 3.3. Facteurs influençant le déplacement chimique 3.4. L’équivalence chimique 3.5. L’intégration du signal RMN 3.6. Le couplage scalaire avec des noyaux magnétiquement équivalents 3.7. Cas des protons échangeables

4. Spectrométrie de masse 4.1. Définitions des différentes masses 4.2. Présentation générale de la SM par impact électronique 4.3. Mécanismes de fragmentation en impact électronique

Travail expérimental : TP Infra-rouge : Echantillonnage de plusieurs produits et enregistrement de leur spectre - Identification de ces produits. TP Chromatographie en phase gazeuse : Détermination de la composition d’un mélange grâce à deux types de colonnes de polarité différentes.

Nomenclature et connaissance des fonctions chimiques de base ; Représentation des molécules (semi-développée, topologique, Newman) ; Calcul du nombre d’insaturations ; Bases en atomistique ; Connaissance des effet électroniques (inductifs et mésomères) ; Notions sur les forces intermoléculaires ; Notions sur les champs magnétiques (relation de Bohr) ; connaissance du spectre électromagnétique ; Loi de Beer-Lambert.

Nomenclature et connaissance des fonctions chimiques de base ; Représentation des molécules (semi-développée, topologique, Newman) ; Calcul du nombre d’insaturations ; Bases en atomistique ; Connaissance des effet électroniques (inductifs et mésomères) ; Notions sur les forces intermoléculaires ; Notions sur les champs magnétiques (relation de Bohr) ; connaissance du spectre électromagnétique ; Loi de Beer-Lambert.

• représenter les OA s,p,d (taille, direction, surfaces…) • identifier les propriétés de symétrie des OA/OM • appliquer un modèle simple (type Slater) pour déterminer les énergies des OA d’un atome polyélectronique • établir le diagramme d'OM de molécules simples • analyser un diagramme d'OM « quelconque », identifier les OM ? et ? • faire le lien entre un diagramme d'OM et une structure de Lewis • déduire des propriétés physico-chimiques à partir d'un diagramme d'OM : polarité, caractère acide/base de Lewis, spectroscopie et états électroniques • prédire la réactivité électrophile/nucléophile par l’observation de la HO et de la BV

I. Structure électronique des atomes 1. Notions de chimie quantique : approximation de Born-Oppenheimer, équation de Schrödinger et fonctions d'onde électroniques, densité de probabilité, surfaces nodales 2. Orbitales atomiques : atomes hydrogénoïdes et polyélectroniques II. Structure électronique des molécules 1. Construction d'orbitales moléculaires méthode CLOA, application aux diatomiques homo- et hétéro-nucléaires, interactions à 2 et 3 OA, lien avec la théorie de Lewis 2. Méthode des fragments construction du diagramme d'OM de petites molécules, comparaison de géométrie, règle de la HO, séparation des systèmes ? et ?, nucléophilie et électrophilie 3. spectroscopies et dissociations de petites molécules

Connaissances attendues :

• Connaitre la structure du noyau,
• savoir écrire une configuration électronique,
• connaitre les règles de remplissages des OA,
• connaitre les structures de Lewis,

savoir faire un diagramme des niveaux d’énergie des électrons dans les atomes et placer des niveaux d’énergie

Avoir suivi les unités d’enseignements du L1 PCST ou du L1 BCST est conseillé. Connaissances attendues :

• Connaitre la structure du noyau,
• savoir écrire une configuration électronique,
• connaitre les règles de remplissages des OA,
• connaitre les structures de Lewis,

savoir faire un diagramme des niveaux d’énergie des électrons dans les atomes et placer des niveaux d’énergie

Des outils mathématiques seront utiles : coordonnées cartésiennes et sphériques, dérivées partielles, intégrales de fonctions de plusieurs variables, notions d'opérations de symétrie simples (par rapport à un plan surtout), géométrie

• Structure électronique des molécules (tomes 1 et 2), Y. Jean et F. Volatron (Dunod) • Les cours de Paul Arnaud - Chimie Générale (7ème édition du cours de Chimie Physique), P. Arnaud, F. Rouquérol, G. Chambaud, R. Lissillour, A. Boucekkine, R. Bouchet, F. Boulc'h, V. Hornebecq (Dunod) • Chimie physique, P-W Atkins et Julio de Paula (de Boeck) • Traité de Chimie Organique, P. Vollhardt et N. Schore (de Boeck)

Les cours seront magistraux, les travaux dirigés (TD) ainsi que les travaux pratiques (TP) auront lieu en petits groupes. Les TP se dérouleront en salle informatique. Un accompagnement sous forme de petits exercices ou de QCM en ligne sera proposé avant chaque TD et en début de chaque cours pour mettre l’accent sur des points précis. Un TP en autonomie sera proposé pour la visualisation des OA. L’UE sera évaluée grâce à un compte-rendu de TP, un partiel et un examen.

OAV 1 : Dessiner un diagramme énergétique détaillé d’une transformation chimique en y incluant les intermédiaires et les états de transition

OAV 2 : Détailler les réactions de Substitution Nucléophile (SN) et d’Elimination (E) d’ordre 1 et 2 de dérivés halogénés et alcools

OAV 3 : Prédire l’ordre 1 et 2 pour les réactions de Substitution et d’Elimination et anticiper les compétitions SN vs. E

OAV 4 : Décrire la préparation des dérivés carbonylés et exposer la réactivité des aldéhydes et cétones vis-à-vis de nucléophiles faibles et forts; d’oxydants et de réducteurs

OAV 5 : Réaliser une synthèse chimique basée sur une réactivité connue en suivant un protocole expérimental établi

Première partie : Notions en réactivité chimique

• Dessiner un diagramme énergétique pour une réaction endothermique ou exothermique
• Expliciter la notion d’énergie d’activation d’une réaction chimique
• Différencier un intermédiaire réactionnel et un état de transition
• Identifier les différents intermédiaires réactionnels

Deuxième partie : Réactivité des dérivés halogénés

• Donner le nom et les propriétés physico-chimiques des dérivés halogénés
• Décrire la réactivité d’un dérivé halogéné dans une réaction de Substitution Nucléophile d’ordre 1 et 2 sur le plan mécanistique, cinétique et stéréochimique
• Décrire la réactivité d’un dérivé halogéné dans une réaction d’Elimination d’ordre 1 et 2 sur le plan mécanistique, cinétique et stéréochimique
• Anticiper une compétition entre une réactivité d’ordre 1 et d’ordre 2 pour une Substitution Nucléophile et une Elimination
• Anticiper une compétition entre des réactions de Substitution Nucléophile et d’Elimination
• Détailler la synthèse et les propriétés physico-chimiques des organométalliques (organolithiens et organomagnésiens)

Troisième partie : Réactivité des dérivés carbonylés : aldéhydes et cétones

• Donner le nom et les propriétés physico-chimiques des dérivés carbonylés
• Identifier les principales réactivités des dérivés carbonylés (addition, oxydation, réduction et réactivités des énolates)
• Décrire la réaction d’addition de diverses nucléophiles (faibles et forts) sur un dérivé carbonylé
• Anticiper les produits issus d’une réaction d’oxydation et de réduction des dérivés carbonylés

Quatrième partie : Synthèse et réactivité des alcools

• Donner le nom, la classe et les propriétés physico-chimiques des alcools
• Décrire la synthèse des alcools à partir de dérivés halogénés et carbonylés
• Détailler les différentes réactivités des alcools

Cinquième partie : Pratique de laboratoire

• Choisir la verrerie et suivre un protocole expérimental établi
• Mettre en place des réactions chimiques basées sur des réactivités connues
• Apprendre le fonctionnement de matériels courants de laboratoire
• Rédiger un compte rendu de travaux pratiques

Chimie de la L1 parcours BCST ou PCST, Chimie de la L1 Biotechnologie Chimie de la L1 santé

Chimie de la L1 parcours BCST ou PCST, Chimie de la L1 Biotechnologie Chimie de la L1 santé

Chimie Organique », N. Rabasso, De Boeck. « Chimie Organique », J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, P. Wothers, Oxford. « Traité de Chimie Organique », P. Vollhardt et N. Schore, De Boeck. « Chimie Organique : Tout le cours en fiches », J. Maddaluno, V. Bellosta, I. Chataigner, F. Couty, L. Garcia, A. Harrison-Marchand, M.-C. Lasne, C. Lopin-Bon, J. Rouden, Dunod

Enseignements avec cours magistraux, travaux dirigés, travaux pratiques et mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques (documents de cours et TD, annales et corrigés, tests en ligne). Interrogations en TD, partiel, examen.

OAV 1 : Décrire la synthèse et la réactivité des acides carboxyliques

OAV 2 : Décrire la synthèse et la réactivité des alcènes

OAV 3 : Décrire la réactivité du benzène et des composés aromatiques

OAV 4 : Réaliser une synthèse chimique en suivant un protocole expérimental établi/à établir par recherche bibliographique

Première partie : Synthèse et réactivité des acides carboxyliques

• Donner le nom, les propriétés physico-chimiques et spectroscopiques des acides carboxyliques
• Préparation des acides carboxyliques à partir de précurseurs carbonylés, addition de réactifs de Grignard sur le dioxyde de carbone, par hydrolyse de nitrile.
• Détailler les différentes réactivités des acides carboxyliques pour la formation d’esters, d’amides, de chlorure d’acide et leur réduction par des hydrures.

Deuxième partie : Synthèse et réactivité des alcènes

• Donner le nom, les propriétés physico-chimiques et spectroscopiques des alcènes
• Donner les préparations des alcènes par hydrogénation contrôlée des alcynes, élimination d’ordre 1 et 2 avec définition des notions de stabilité des carbocations, d’hyperconjugaison et énoncer des règles de Zaïtsev et par allongement des chaînes carbonées.
• Détailler la réactivité des alcènes et leur conséquence stéréochimique : définition des additions stéréospécifiques, non stéréospécifiques, régiosélective – énoncé des règles de Markovnikov. Pour illustrer ces notions, des exemples de réaction (Dihydrogénation, Dihydroxylation, Hydroboration, Addition d’acides hypohalogéneux, d’acides halohydriques, iodolactonisation, addition d’eau et d’alcool en milieu acide) seront abordés.
• Décrire les réactions de coupures oxydantes des alcènes, de cyclopropanation.
• Aborder des notions de polymérisations cationiques, de réactions radicalaires - définition de l’effet Kharash.

Troisième partie : Synthèse et réactivité du benzène et des composés aromatique

• Expliciter et définir les règles régissant l’aromaticité (Hückel)
• Donner les généralités sur les composés aromatiques, les nommer.
• Réactivité du benzène : détailler des intermédiaires de Wheland, leur stabilité, les effets Activation/Désactivation des substituants du benzène sur l’orientation (Règles de Holleman)
• Décrire les principales réactions de Substitutions Electrophiles Aromatiques (SEAr) : Halogénation, Alkylation et acylation (Friedel et Crafts), Nitration et sulfonation.

Quatrième partie : Pratique de laboratoire

• Etablir un protocole expérimental à partir de recherche bibliographique.
• Mettre en place des réactions chimiques basées sur des réactivités connues.
• Rédiger un compte rendu de travaux pratiques.

Chimie de la L1 parcours BCST ou PCST, Chimie de la L1 Biotechnologie. Chimie de la L2 S3 parcours BCST ou L2 S3 Bioconcours ou L2S3 DLBC

Chimie de la L1 parcours BCST ou PCST, Chimie de la L1 Biotechnologie. Chimie de la L2 S3 parcours BCST ou L2 S3 Bioconcours ou L2S3 DLBC

Chimie Organique », N. Rabasso, De Boeck. « Chimie Organique », J. Clayden, N. Greeves, S. Warren, P. Wothers, Oxford. « Traité de Chimie Organique », P. Vollhardt et N. Schore, De Boeck. « Chimie Organique : Tout le cours en fiches », J. Maddaluno, V. Bellosta, I. Chataigner, F. Couty, L. Garcia, A. Harrison-Marchand, M.-C. Lasne, C. Lopin-Bon, J. Rouden, Dunod

Enseignements avec cours magistraux, travaux dirigés, travaux pratiques et mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques (documents de cours et TD, annales et corrigés, tests en ligne). Interrogations en TD, partiel, examen.

Acquisition des compétences nécessaires en thermodynamique pour l’étude des équilibres chimiques

• Introduction de l’enthalpie libre - Enthalpie libre de réaction - Variation avec la température et cycle de Hess avec changement d’état ; Introduction du potentiel chimique ;
• Equilibre chimique – Principe de modération de Le Châtelier – Déplacement d’équilibre : influence de la température, de la pression, de la composition du système ;
• Application aux équilibres homogènes en phase gaz, aux équilibres hétérogènes et équilibres acide-base.

Premier et second principe de la thermodynamique et application aux réactions chimiques 1. UE de l’atome à la matière (chimie 1) du L1 S1 BCST 2. UE Transformations et propriétés de la matière (Chimie 2) du L1 S2 BCST 3. UE Mathématiques du L1 S1 BCST

1. Thermodynamique et équilibres chimiques par Alain Gruger aux éditions Dunod 2. Thermodynamique dans la collection les nouveaux précis Bréal par Jean-Louis Queyrel aux éditions Bréal 3. Thermodynamique et cinétique chimiques, équilibres chimiques en solution aqueuse dans la collection les nouveaux précis Bréal par Jacques Mesplède aux éditions Bréal 4. Thermodynamique par Hubert Lumbroso aux éditions Ediscience International

Enseignement avec cours magistraux, TD et mise à disposition d’éléments pédagogiques numériques (documents de cours, TD) ; QCM et interrogation écrite via WIMS et/ou e-campus..

• Savoir résoudre les systèmes d'équations différentielles rencontrés en cinétique chimique.
• Savoir maîtriser le calcul matriciel en dimension 2 ou 3
• Savoir s’initier aux notions de valeur propre et de vecteur propre dans ce cadre

• Equations différentielles linéaires du premier ordre. Méthode de variation de la constante. Equations différentielles linéaire du second ordre, à coefficients constantes. Equations différentielles à variables séparées
• Calcul matriciel en dimension 2 ou 3, déterminant, systèmes linéaires, diagonalisation des matrices 2x2 et 3x3.
• Systèmes différentiels linéaires de 2 équations à 2 inconnues.

Fonctions usuelles. Dérivée et primitive de fonctions.

• Exprimer la vitesse d’une réaction chimique. • Etablir et utiliser les lois de vitesse d’ordre simple. • Extraire des paramètres cinétiques (vitesse, ordres, énergie d’activation) à partir de données expérimentales. • Décrire le profil réactionnel d’une réaction complexe donnée. • Distinguer explicitement les courbes donnant la cinétique de formation du produit et la vitesse initiale de la réaction en fonction de la concentration initiale en enzyme. • Reconnaître, à partir des données cinétiques expérimentales, les caractéristiques reliées à l’équilibre et celles reliées à la vitesse de réaction. • Décrire le principe de mesure d’une activité enzymatique.

Ce module vise à démythifier l’approche cinétique, en en présentant les fondements dans les domaines de la chimie et de la catalyse enzymatique. Les bases communes seront soulignées et les méthodes spécifiques à chacune des deux disciplines seront également abordées. Ce cours mettra l’accent sur la justification et les conséquences de toutes les simplifications mises en œuvre pour élaborer puis analyser un schéma cinétique élémentaire. La nécessité d’un aller-retour permanent entre schéma réactionnel et expérience sera soulignée.

Les cours magistraux (9h) et les TD (9h) aborderont les points suivants: 1. Fondements de la cinétique chimique

• Vitesse et ordre d'une réaction chimique
• Réactions élémentaires, réactions globales
• Influence de la température
• Réactions réversibles
• Catalyse

2. Cinétique enzymatique michaélienne

• Définition et mesure d’une vitesse de réaction enzymatique
• Hypothèses de l’état stationnaire et du quasi-équilibre
• Etat stationnaire et préstationnaire
• Efficacité catalytique. Constante de Michaelis et affinité
• Courbe de progression d’une réaction : équation de Michaélis et Menten intégrée

7h de TP permettront à l'étudiant de s'approprier les notions de vitesse et d'ordre de réaction, d'illustrer le rôle de la température et d'une enzyme sur la vitesse d'une même réaction étudiée d'un point de vue chimique et biologique.

• Savoir lire un graphe.
• Savoir déterminer le coefficient directeur d’une droite.
• Maîtriser la résolution d’équations différentielles linéaires à coefficients constants.
• Savoir établir un tableau d’avancement d’une réaction chimique.

• F. Rouquérol, G. Chambaud, R. Lissillour, A. Boucekkine. (2013) Les cours de Paul Arnaud, 7ème édition du cours de chimie-physique, "Chimie Générale", Dunod.
• Athel Cornish-Bowden (2012)

  http://bip.cnrs-mrs.fr/bip10/fek.htm Fundamentals of Enzyme Kinetics (4ème edition) Wiley–Blackwell.

• Outils de physique pour la biologie.
• Méthodes et modes de raisonnement (simplifications des problèmes, modélisation, démarche expérimentale, évaluation des incertitudes)
• Connaissances sur les ondes
• Compétences expérimentales (analyse d’image, utilisation d’un oscilloscope, mise en forme et ajustement de données

I - Ondes généralités, ondes progressives, fronts d’onde II - Ondes stationnaires, systèmes fermés III - Ondes acoustiques : communication et exploration : audition, effet Doppler, échographie IV Ondes électromagnétique s: interférence et diffraction comme outils d’étude et imagerie du vivant (imagerie de phase, imagerie de polarisation, diffraction de Bragg)

Maths basiques de type Calculus (trigonométrie, fonctions usuelles) (Physique de L1 (Optique géométrique, mécanique))

Physique pour les sciences de la vie 1, 2, 3 (A Bouyssy, M Davier, B Gatty) Physique (Kane & Sternheim)

Cours-TD (16h) et 3 TP (9h) Organisation en présentiel. Travail conséquent à fournir pour les devoirs à la maison (2) et la préparation des TP (3)

• Savoir reconnaître et équilibrer les différents types de réactions en solution aqueuse (acide-base, complexation, oxydoréduction). Savoir construire et exploiter des tableaux d’avancement complexes.
• Savoir déterminer le sens d’évolution spontanée et l’état d’équilibre final d’un système siège d’une réaction chimique à partir des données thermodynamiques.
• Savoir construire et exploiter un diagramme de prédominance, d’existence ou de distribution des espèces en solution.
• Savoir réaliser et interpréter de manière critique (incertitudes) un dosage en solution aqueuse par diverses méthodes.
• Savoir interpréter une courbe de dosage pour déterminer expérimentalement une grandeur thermodynamique. Savoir modéliser une courbe de dosage simple.

1. Rappels 1.1 construction et utilisation des tableaux d’avancement 1.2 notion d’équilibre, constante d’équilibre, sens spontané d’évolution d’un système, notion d’électrolyte fort et d’électrolyte faible 1.3 différents types de réactions en solution

2. Equilibres acido-basiques 2.2 constante d’acidité, force relative des acides et des bases, échelle de pH 2.3 calculs de pH dans des cas simples (acide fort, base forte, acide faible, base faible, polyacides et polybases) 2.4 diagrammes de prédominance et distribution des espèces en fonction du pH 2.5 solutions tampons

3. Equilibres de complexation 3.1 réactions de complexation, constantes de formation et de dissociation, équilibres successifs 3.2 réactions d’échange de ligands, prévision du sens de réaction. 3.3 détermination de l’état d’équilibre d’un système siège de réactions de complexation, diagrammes de prédominances

4. Equilibres d’oxydo-réduction 4.1 Degré d’oxydation, couple oxydo-réducteur, demi-réactions et réactions redox 4.2 Relation de Nernst, lien avec la constante d’équilibre 4.3 Influence du pH ou de la complexation

5. Dosages 5.1 Différents types de dosage (dosage direct, dosage en retour. Dosage acide-base, dosage redox, dosage complexométrique) 5.2 Détermination de l’équivalence (pHmétrie, potentiométrie, colorimétrie) 5.3 Exploitation d’une courbe de dosage, incertitude

TP 1. titrage simple : méthodologie, verrerie, colorimétrie 2.dosage potentiométrique

L1 BCST (S2) : Transformation et propriétés de la matière (ou équivalent) L2 iBC (S3) : Thermochimie et équilibres

• Chimie : BCPST-Véto 1re année. Grécias P., Rédoglia S., Tejedor V. Paris : Lavoisier Tec & Doc, 2017.
• Chimie : BCPST-Véto 2ème année. Grécias P., Rédoglia S. Paris : Lavoisier Tec & Doc, 2017.
• Chimie disséquée à l’usage des Bio : BCPST-Véto. Coiffier A., Verdier E., Brice-Profeta S. Ellipses Editions, 2004.

Enseignement de type classique avec cours magistraux, travaux dirigés, travaux pratiques Documents pédagogiques disponibles sur e-campus. Exercices complémentaires proposés sous diverses formes (polycopiés, WIMS et/ou e-campus). contrôle continu,partiel, examen.

Découvrir les processus chimiques mis en œuvre au cours de la vie d'un médicament.Appréhender les propriétés physico-chimiques spécifiques aux molécules à visée thérapeutiques.

1. Généralités sur les actions pharmacologiques des médicaments. 2. Le devenir des médicaments dans l'organisme. 3. Propriétés physico-chimiques et profil pharmacocinétique des médicaments. 4. Métabolisme et toxicité des médicaments. 5. Modulations chimiques pour optimiser les profils pharmacocinétiques. 6. Contrôle physico-chimique des médicaments.

Responsable de l UE: Tap Ha-Duong

L1 Physique-Chimie-Biologie

G.L. Patrick, «An Introduction to Medicinal Chemistry», Oxford University Press