DSBC – Dynamique des Systèmes Biomoléculaires Complexes

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Thèmes de recherche de l’équipe DSBC

Les activités de recherche de l’équipe DSBC se développent principalement dans les domaines de la physico-chimie organique et de la chimie analytique, concernant en particulier les acides α-aminés, (poly)peptides et leurs dérivés. Nous privilégions particulièrement (i) une approche physicochimique de la réactivité des biomolécules, de leurs précurseurs et de leur dérivés, et (ii) le développement de méthodologies innovantes dans les sciences séparatives pour les polymères. Les thématiques de recherche de l’équipe sont actuellement organisées selon quatre axes principaux, présentés ci-après.

1. Chimie prébiotique, chimie des systèmes et émergence du vivant

Thématique actuellement soutenue par l'Agence Nationale de la Recherche via le projet PeptiSystems (ANR-14-CE33-0020, 2014–2019).

La transition vers le vivant est étudiée par une approche dynamique basée sur l’application des principes physicochimiques. La description Darwinienne de l’évolution peut alors être intégrée à une vision plus globale intégrant les systèmes chimiques hors-équilibre impliquant des réplicateurs ou de l’autocatalyse (chimie de systèmes). Nous étudions les contraintes thermodynamiques gouvernant ces systèmes dissipatifs capables de donner naissance à des propriétés émergentes. Expérimentalement, l’équipe se penche sur la chimie des acides aminés et des peptides avec pour objectif de montrer comment certaines propriétés (l’homochiralité par exemple) peuvent être sélectionnées par les transformations de dérivés riches en énergie (N-carboxyanhydrides d’acides α-aminés ou 5(4H)-oxazolones). Leur interaction avec les nucléotides est susceptible de générer des intermédiaires des mécanismes de biosynthèse ribosomale de peptides.

Mots-clés :

Chimie prébiotique ; Acides α-aminés ; Peptides ; N-Carboxyanhydrides d’acides α-aminés ; 5(4H)-Oxazolones ; Co-évolution peptides–nucléotides ; Émergence de l’homochiralité ; Origine de la vie ; Évolution ; Protométabolisme ; Sources d’énergie ; Stabilité cinétique dynamique ; Complexification.

Personnels impliqués :

Statutaires : Laurent Boiteau (CR CNRS), Jean-Christophe Rossi (MCF UM), Robert Pascal (DR ém. CNRS)
Non-statutaires : (n/a)

2. Méthodes de séparation électrocinétiques

Cette thématique de recherche s’intéresse au développement méthodologique des différents modes de l’électrophorèse capillaire (en milieu libre, en gel, en mode micellaire, en isofocalisation électrique, en isotachophorèse, en analyse frontale et en mode bidimensionnel) et de l’analyse de la dispersion de Taylor. Ces recherches sont notamment orientées vers la caractérisation physico-chimique de biopolymères, de polyélectrolytes, de nanoparticules ou de microorganismes (bactéries). Les grandeurs physico-chimiques étudiées sont notamment : la charge effective, le taux de condensation des contre-ions, le rayon hydrodynamique, la masse molaire, l’hydrophobie (log P), le point isoélectrique, la stœchiométrie de complexation et les constantes d’association.

Mots-clés :

Électrophorèse capillaire ; Analyse de la dispersion de Taylor ; Caractérisation physico-chimiques ; (bio)Polymères ; Polyélectrolytes ; Protéines ; Nanoparticules ; Charge effective ; Taux de condensation ; Rayon hydrodynamique ; Mobilité électrophorétique.

Personnels impliqués :

Statutaires : Hervé Cottet (PR UM), Joseph Chamieh (MCF UM), Laurent Leclercq (CR CNRS), Isabelle Desvignes (MCF UM), Jean-Philippe Biron (IE CNRS), Philippe Gonzalez (AI CNRS)
Non-statutaires : Laura Dhellemmes (doctorante ANR), Sébastien Roca (doctorant MESR), Chutintorn ‘Nan’ Somnin (doctorante bourse FR/TH)

3. Étude physico-chimique des complexes polyélectrolytes

Cette thématique de recherche concerne l’étude physico-chimique de la formation des complexes polyélectrolytes et leur utilisation pour des applications dans le domaine biomédical, pharmaceutique ou analytique. Un des objectifs principaux vise à étudier l’influence des paramètres physico-chimiques (pH, force ionique, nature, densité de charge et architecture du polyélectrolyte) sur la formation et les propriétés des complexes polyélectrolytes (taille, charges de surface, stœchiométrie du complexe, sélectivité en masse molaire, force ionique de dissociation). Nous étudions également la relation entre la constante d’association des polyélectrolytes de charges opposées, les caractéristiques physico-chimiques des partenaires en interaction et la force ionique du milieu.

Mots-clés :

Complexes polyélectrolytes ; Coacervats ; Constantes d’association ; Polyplexes ; Physicochimie.

Personnels impliqués :

Statutaires : Laurent Leclercq (CR CNRS), Hervé Cottet (PR UM), Joseph Chamieh (MCF UM), Philippe Gonzalez (AI CNRS)
Non-statutaires : Sébastien Roca (doctorant MESR), Laura Dhellemmes (doctorante ANR)

4. Polypeptides synthétiques, chimie biomimétique et supramoléculaire

Cette thématique est centrée sur les peptides et polypeptides et leur (physico)chimie dans l’eau ; récemment associée aux problématiques de reconnaissance moléculaire, elle prolonge et élargit une préoccupation historique de l’équipe, la mise au point de procédés de synthèse à faible impact environnemental. Cette thématique vise l’élaboration de molécules ou macromolécules synthétiques, plus particulièrement des (poly)peptides ramifiés (DGL : dendrigrafts de lysine) ou cycliques, pouvant impliquer des acides aminés non naturels. Via la fonctionnalisation chimique de ces peptides et l’étude de leurs interactions non-covalentes avec des substrats d’intérêt biologique, nous visons des applications comme l’échange d’ions, la séquestration réversible de métaux de transition, l’organocatalyse, la vectorisation de principes actifs, les biosenseurs pour marqueurs de pathologies… D’autres recherches en rapport avec ce thème concernent l’étude de l’efficacité catalytique dans l’eau (catalyse intramoléculaire acido-basique générale).

Mots-clés :

Peptides ; Polypeptides ; Chimie dans l’eau ; Développement durable ; Interactions non-covalentes ; Complexes hôte-invité ; Biosenseurs ; Séquestrants ; Organocatalyse.