obc | from matter to life: chemistry? chemistry!
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De la Matière à la Vie :
Chimie ?
Chimie !
European Event MARIBOR 2012
1st Out of the Box Conference
Université de Maribor
18 Mai 2012
Le « Big Bang »
13.7 miliards d’années La Vie
sur Terre La Chimie
commence ici
La Pensée
PHYSIQUE CHIMIE BIOLOGIE
ÉVOLUTION vers la MATIÈRE COMPLEXE
pensante
divisée
condensée
organisée
vivante
Information
Complexité
Matière
?
Temps
ÉVOLUTION de l’ UNIVERS
ÉVOLUTION de la MATIÈRE
sous la PRESSION de l’ INFORMATION
- Comment la matière est-elle devenue complexe dans l’histoire de l’univers
jusqu’à l’évolution du monde biologique et de la pensée ?
- Quelles formes plus élevées de la matière complexe reste-t-il à créer ?
PHYSIQUE
CHIMIE
BIOLOGIE
?
QUESTION PRIMORDIALE LA COMMENT LA MATIERE
DEVIENT-ELLE COMPLEXE
De la particule élémentaire à l’organisme pensant
Les lois de
l’Univers Les règles de
La Vie
La CHIMIE établit le pont
LE CHEMIN VERS LA COMPLEXITÉ
L’ AUTO-ORGANISATION
La réponse à la question
comme Impératif Cosmique
MATIÈRE DIVISÉE – CONDENSÉE – ORGANISÉE
VIVANTE – PENSANTE !
AUTO-ORGANISATION COSMIQUE
ORIGINE de la
STRUCTURE COSMIQUE
Structuration de l’univers par les forces gravitationnelles opérant
sur des inhomogénéités en densité ou en vitesse d’expansion
à une époque très précoce, juste après le « big bang »
l’UNIVERS
GRAVITATION
AUTO-ORGANISATION de
AUTO-ORGANISATION de la MATIÈRE
ORIGINE de la
MATIÈRE COMPLEXE
Structuration de la matière atomique et moléculaire
par les forces électromagnétiques opérant sur des
combinaisons structurales aléatoires
MATIÈRE NON-VIVANTE
et VIVANTE
FORCES
ÉLECTROMAGNÉTIQUES
AUTO-ORGANISATION de la
AUTO-ORGANISATION de la
MATIÈRE MOLÉCULAIRE NON-VIVANTE
Les forces électromagnétiques opèrent une sélection sur la diversité structurale
conduisant à une complexification progressive de la matière
du monde non-vivant au monde vivant sous la pression de l’information.
ÉVOLUTION CHIMIQUE PRÉBIOTIQUE
Évolution chimique sous l’action des forces intra- et intermoléculaires
mettant en œuvre l’information moléculaire.
CHIMIE PRÉ-BIOTIQUE
GÉNÉRALISATION DE L’ÉVOLUTION DARWINIENNE
La CHIMIE
SCIENCE de la
STRUCTURE
et de la
TRANSFORMATION
de la MATIÈRE
NON-VIVANTE
et
VIVANTE
(-490, -435) (-460,-370)
Les ATOMES
EMPÉDOCLE DÉMOCRITE FEU
TERRE AIR
EAU
sec
froid humide
chaud Les
ÉLÉMENTS
1718
Dimitri
MENDELÉEV
(1834-1907)
1869
D. Mendelejeff,
Zeitschrift für Chemie 12, 405-6 (1869)
Sur les Relations entre les Propriétés et les
Poids Atomiques des Éléments
TABLEAU
PÉRIODIQUE
DES ÉLÉMENTS
TABLEAU PÉRIODIQUE
des ÉLÉMENTS
Le Terrain de Jeu de la
Chimie !
Les BRIQUES de la MATIÈRE
Alexandre BORODINE
(1833-1887)
1872 Condensation Aldolique Borodine et Wurtz
Ami de Mendeleev - Congrès de Karlsruhe septembre 1860
Réaction de Borodine - Hundsdiecker
+ R ' H R
O
R
O
CH3
O H O
R '
Opéra Prince Igor
2 Symphonies
2 Quatuors
1 Quintette
etc...
chimiste
compositeur
Antoine Laurent
LAVOISIER
(1743-1794)
L’ ÉQUATION
de la RÉACTION
CHIMIQUE
FORMULES
CHIMIQUES
Essais de représentation
des connexions (liaisons)
entre les briques de base,
les éléments/atomes
formant une molécule
De la composition
à la connectivité
Joseph-Achille LE BEL (1847- 1930)
Jacobus Henricus VAN’T HOFF (1852-1911)
STÉRÉOCHIMIE / CHIMIE DANS L’ESPACE
Louis PASTEUR
(1822-1895)
CHIRALITÉ
MOLÉCULAIRE
à Strasbourg
de 1849 à 1854
De l’ATOME à la MOLÉCULE
La CHIMIE MOLÉCULAIRE La Chimie de la Liaison Covalente
Maîtrise de l’élaboration de la matière moléculaire
URÉE
1828
O
N H 2 H 2 N
JALONS de la CHIMIE MOLÉCULAIRE
Friedrich
WÖHLER
(1800-1882)
1972 (1976)
Robert Albert
WOODWARD ESCHENMOSER
(1917-1979) (1925- )
VITAMINE B12
Alban BERG
Opéra WOZZECK
Op. 7
albumine
graisses
Il y a une révolution dans la science
oxyaldéhyde anhydride
!!
hydrates de carbone et notamment
Docteur
Acte I – Scène 4
DEUX CELLULES TUEUSES et
UNE CELLULE CANCÉREUSE
GLOBULE BLANC et des
PARTICULES du VIRUS VIH
CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE
DE LA
CHIMIE MOLÉCULAIRE
Mise en œuvre des interactions entre molécules
CHIMIE PAR-DELÀ LA MOLÉCULE
Á LA
La Chimie de la Liaison Non-covalente
Requiert des INTERACTIONS pour LIER
de l’ INFORMATION pour SÉLECTIONNER
géométrique
interactionelle COMPLÉMENTARITÉ
“SCHLOSS und SCHLÜSSEL”
SERRURE et CLÉ
Emil FISCHER 1894
PRÉORGANISATION
RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE
De la Complexation sélective de cations à la notion de
Emil
FISCHER
(1852-1919)
CLÉ ET
SERRURE (1894)
Doctorat, Strasbourg 1874
Habilitation, München 1878
O N
N
O
N H H
O P
O
O
O
P O O
O
O N
N
O
O
O P
O
O
O
O N O P
O
O
O
N
N
N
O
N H
H
H
O
O P
O H
O
O
N C
C N
C
N C
N C
N
H
H
H H
O
La DOUBLE HÉLICE
PROGRAMME
GÉNÉTIQUE
écrit avec
QUATRE LETTRES
MOLÉCULAIRES
des ACIDES NUCLÉIQUES
A
G
T
C
H
H 2 N C
R
H
C
O
O H
R C H
O
+ H C N + H 2 O
Auto-Organisation Prébiotique
de la Matière Moléculaire
……….
…….
………. 5 HCN
…….
AMINO ACIDES
Formation prébiotique
des composants des
Molécules de la Vie
Adénine
ACIDES
NUCLÉIQUES
PROTÉINES
une des quatre
bases de l’ADN
par FORMATION de PAIRES de NUCLÉOBASES par
DEUX
TROIS
RECONNAISSANCE
MOLÉCULAIRE
par INTERACTION (LIAISONS HYDROGÈNE)
entre SITES
COMPLÉMENTAIRES
LECTURE DU PROGRAMME GÉNÉTIQUE
ADÉNINE URACILE / THYMINE
GUANINE CYTOSINE
LIAISONS
HYDROGÈNE
une SCIENCE de l’INFORMATION
STOCKAGE MOLÉCULAIRE
TRAITEMENT SUPRAMOLÉCULAIRE
SCIENCE de la MATIÈRE INFORMÉE
de l’INFORMATION
La CHIMIE :
RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE
Trois CLÉS et la SERRURE
Substrats
Récepteur Moléculaire
Association
Sélection
Entité Supramoléculaire
+
Les CATIONS des MÉTAUX ALCALINS
Substrats Sphériques
Une série d’espèces sphériques de taille croissante
Li+
Lithium
K+
Potassium
Rb+
Rubidium
Cs+
Césium
Na+
Sodium
RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE SPHÉRIQUE
CRYPTANTS et CRYPTATES
Complémentarité de forme et de taille entre Cavité et Cation
RECONNAISSANCE SPHÉRIQUE
Béla VÍZI (1936- ) Université de Veszprém
APPLICATIONS en SCIENCES de la VIE
Dévelopement de marqueurs optiques pour le DIAGNOSTIC MÉDICAL
TRANSFERT de GÈNES
Découverte de substances biologiquement actives / MÉDICAMENTS
Reconnaissance moléculaire entre une molécule synthétique
et une cible biologique
Technologie Optique pour le DIAGNOSTIC MÉDICAL
Système d’ Immuno-analyse
Dr. Gérard Mathis CisBio International
LUMINESCENCE
ROUGE FORTE
MARQUEUR pour le DIAGNOSTIC MÉDICAL Cryptate d’Europium
Une « Nano-Ampoule »
pour le Diagnostic Médical
KRYPTOR®
Cézanne Co.
Transfert de Gènes dans une Cellule Eukaryote Une molécule polyanionique (ADN) est transportée à travers
la membrane cytoplasmique et la membrane nucléaire
et est finalement exprimée en la protéine correspondante .
ARN
Protéine
Noyau
Cytoplasme
ADN Gène
Mise au point d’agents artificiels de
transfert de gènes pour
la biotechnologie et la thérapie génique
Vecteur
synthétique
par des VECTEURS SYNTHÉTIQUES
TRANSFERT de GÈNES à travers la Membrane Cellulaire
Pierre LEHN et al.
CELLULES GÉNÉTIQUEMENT MODIFIÉES par
TRANSFERT de GÈNE à l’aide de VECTEURS ARTIFICIELS
TRANSFERT de GÈNE In vivo
CELLULES ÉPITHÉLIALES des
VOIES AÉRIENNES de SOURIS (par instillation intratrachéale)
Expression de la -galactosidase (cellules bleues)
TRANSFERT de GÈNE in vitro
CELLULES PRIMAIRES HUMAINES
(de polypes du nez)
L’ AUTO-ORGANISATION
Génération d’architectures supramoléculaires
spontanée mais contrôlée par l’information moléculaire
mise en œuvre dans la reconnaissance moléculaire
Par delà la Pré-organisation
CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE
AUTO-ASSEMBLAGE du VIRUS de la MOSAÏQUE du TABAC
à partir de 2130 sous-unités protéiques + 1 molécule d’ARN viral
SYSTÈMES CHIMIQUES PROGRAMMÉS
Le PROGRAMME est MOLÉCULAIRE
Sa MISE en OEUVRE est SUPRAMOLÉCULAIRE
L‘INFORMATION est stockée
dans les COMPOSANTS
Son TRAITEMENT s’effectue via un ensemble
d’interactions et suivant un ALGORITHME de
RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE
Étapes d'opération : Reconnaissance
Croissance
Terminaison
AUTO-ORGANISATION
AUTO-ORGANISATION
d’ ARCHITECTURES
MÉTALLOSUPRAMOLÉCULAIRES
ÉLÉMENTS / BRIQUES MOLÉCULAIRES
CONNECTIONS / CIMENT : CATIONS MÉTALLIQUES
Génération spontanée mais contrôlée
d’architectures supramoléculaires
TRIPLE DOUBLE
Architectures
Hélicoïdales
Auto-organisées
HÉLICATES
AUTO-ORGANISATION
d’ Architectures de type GRILLE
Molécules
Ions
métalliques
STRUCTURE d’une
GRILLE [3x3]
AUTOORGANISÉE
6 MOLÉCULES ORGANIQUES +
9 CATIONS MÉTALLIQUES Ag(I)
NANOCYLINDRE
AUTOORGANISÉ
en une seule opération
à partir de
3 MOLÉCULES
LINEAIRES
4 MOLÉCULES
PLANES
12 CATIONS
MÉTALLIQUES
Cu(I)
19 composants
de trois types !
AUTO-ORGANISATION PROGRAMMÉE
génération spontanée et contrôlée bien définies
de grande taille
complexes
organisées
fonctionnelles
d’architectures supramoléculaires
une puissante alternative ou un complément à la
NANOFABRICATION et à la NANOMANIPULATION
NANOSCIENCE et NANOTECHNOLOGIE
De la FABRICATION à l’AUTO-FABRICATION
L’Ultime Fabrication !
La CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE s’ouvre sur une
CHIMIE CONSTITUTIONNELLE DYNAMIQUE capable de modifier la CONSTITUTION de ses objets
par échange de composants
du fait de la RÉVERSIBILITÉ des connections entre composants
permettant une ADAPTATION par VARIATION CONSTITUTIONELLE
recherche de SUBSTANCES BIOLOGIQUEMENT ACTIVES
auto-organisation de NANOSTRUCTURES DYNAMIQUES
développement de MATÉRIAUX DYNAMIQUES
Composants
Génération
de Diversité
BIBLIOTHÈQUE
COMBINATOIRE
DYNAMIQUE
Constituants
Sélection par le récepteur/serrure du constituant/clé optimal parmi tous les
constituants/combinaisons/clés possibles formant la bibliothèque dynamique
EXPRESSION
SÉLECTION d’un
CONSTITUANT
Sélection par le Récepteur
du constituant le mieux lié
Clé/Serrure
Ensemble de constituants
en interconversion
Sélection Dynamique par Reconnaissance Moléculaire
Fragments
initiaux
Recherche Dynamique de SUBSTANCES à ACTIVITÉ BIOLOGIQUE
La Serrure
assemble
Sa Clé
AUTO-ORGANISATION
par DESSEIN
INFORMATION
PROGRAMMATION
par DESSEIN
INFORMATION
PROGRAMMATION
DIVERSITÉ
DYNAMIQUE
avec SÉLECTION
ADAPTATION
CHIMIE ADAPTATIVE
CHIMIE
MOLÉCULAIRE
CHIMIE
SUPRAMOLÉCULAIRE
CHIMIE
ADAPTATIVE
AUTO-ORGANISATION
CONCEPTION SÉLECTION
GÉNÉRATION
de DIVERSITÉ
DYNAMIQUE
ADAPTATIVE
ÉVOLUTIVE
DARWINIENNE !
une CHIMIE
Étapes vers la MATIÈRE COMPLEXE
DÉCRIRE
COMPRENDRE
LES PROCESSUS QUI
ONT CONDUIT À
ONT LIEU DANS
CRÉER DE NOUVELLES
FORMES / EXPRESSIONS de
la MATIÈRE
COMPLEXE
AUTO-ORGANISATION
ORGANISÉE – VIVANTE – PENSANTE !
« Là dove natura finisce di produrre le sue spezie, quivi l'uomo comincia con le
cose naturali, con l'auditorio di essa natura, a creare infinite spezie. »
Leonardo da Vinci
« Là où la nature cesse de produire ses propres espèces, l'homme, en se servant des choses naturelles, en accord
avec cette nature même, commence à créer une infinité d'espèces. »
Léonard de Vinci
L’ESSENCE de la CHIMIE
n’est pas juste de découvrir mais de
CRÉER
La CHIMIE a la capacité de
CRÉER de NOUVELLES EXPRESSIONS de la MATIÈRE
Le LIVRE de la CHIMIE n’est pas juste à lire, il est à ÉCRIRE
La PARTITION de la CHIMIE n’est pas juste à jouer, elle est à COMPOSER
Auguste
RODIN
(1840-1917)
ART de la MATIÈRE
LA CHIMIE
PROMÉTHÉE A CONQUIS LE FEU ; nous ne pouvons pas le rendre .
Notre chemin nous mène de l’ARBRE DE LA CONNAISSANCE
au CONTRÔLE DE NOTRE DESTINÉE !
Lucas CRANACH
L’Ancien
(1472-1553)
Ève
a osé cueillir le fruit défendu
de l’Arbre de la Connaissance :
La Naissance de la Science !
Passé.......
Présent.....
Futur.....?
vers la tenue d’Ève ??
13.7 billion years HOMO SAPIENS BIONICUS
Auguste
RODIN
Et après
?
David HILBERT
(1862-1943)
WIR MÜSSEN WISSEN
WIR WERDEN WISSEN
David HILBERT
NOUS DEVONS SAVOIR
NOUS SAURONS
Ludwig van Beethoven : Symphonie Nr. 9 D-Moll Op. 125
Ode an die Freude
CHIMIE DYNAMIQUE CONSTITUTIONELLE
MOLÉCULAIRE / COVALENTE autant que
SUPRAMOLÉCULAIRE / NON-COVALENTE
La CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE
est une CHIMIE DYNAMIQUE, capable de
modifier la CONSTITUTION de ses objets par échange de composants
du fait de la RÉVERSIBILITÉ des INTERACTIONS NON-COVALENTES
permettant une ADAPTATION par VARIATION CONSTITUTIONELLE
IMPORTER cette DYNAMIQUE dans la CHIMIE MOLÉCULAIRE
par introduction de LIAISONS COVALENTES RÉVERSIBLES
Liber de arte Distillandi
de Compositis
Das buch der waren kunst
zu distillieren die Compositis
Imprimé par Johann Grüninger
à Strasbourg en 1512
Iheronimus
BRÜSCHWICK
(1424?-1534)
Liber de arte distillandi, de simplicibus.
Das buch der rechten kunst zu distilieren
die eintzigen ding.
Strassburg:
Johann (Reinhard) Grüninger,
8 May 1500.
Aureolus
Philippus
Theophrastus
Bombastus
Von HOHENHEIM
PARACELSE
(Einsiedeln 1493- Salzbourg 1541)
Citoyen de Strasbourg
1527-1528
Aureolus
Philippus
Theophrastus
Bombastus
Von HOHENHEIM
PARACELSE
(Einsiedeln 1493- Salzbourg 1541)
Citoyen de Strasbourg
1527-1528
Cimetière St. Sebastian Salzbourg
69
Emil VOTOČEK
(1872–1950)
Chimiste et Compositeur
Études à l’École de Chimie de Mulhouse
Professeur à l’Université de
Technologie Chimique de Prague
Chimie des sucres
Introduction du Concept d’épimérie
70
Emil VOTOČEK
(1872–1950)
Chimiste et Compositeur
Études à l’École de Chimie de Mulhouse
Professeur à l’Université de
Technologie Chimique de Prague
Chimie des sucres
Introduction du concept d’épimérie
29 Lieder
26 autres compositions
CHIMIE DYNAMIQUE CONSTITUTIONNELLE
SUPRAMOLÉCULAIRE
et MOLÉCULAIRE génère de la DIVERSITÉ DYNAMIQUE
rend possible la SÉLECTION
permet l’ ADAPTATION
recherche de SUBSTANCES BIOLOGIQUEMENT ACTIVES
auto-organisation de NANOSTRUCTURES DYNAMIQUES
développement de MATÉRIAUX DYNAMIQUES / Dynamères
SYSTÈMES ADAPTATIFS
Matériaux Adaptatifs / Technologies Adaptatives
De l’ATOME à la MOLÉCULE
La CHIMIE MOLÉCULAIRE
Maîtrise de l’élaboration de la matière moléculaire
CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE
DE LA
CHIMIE MOLÉCULAIRE
Mise en œuvre des interactions entre molécules
CHIMIE PAR-DELÀ LA MOLÉCULE
Á LA
par delà la Pré-organisation
CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE
dirigée par RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE
AUTO-ORGANISATION
CHIMIE SUPRAMOLÉCULAIRE
CHIMIE PAR DELÀ LA MOLÉCULE
CHIMIE des INTERACTION MOLÉCULAIRES
et de la LIAISON INTERMOLÉCULAIRE
CHIMIE des SYSTÈMES basés sur la
CHIMIE des ESPÈCES et des INTERACTIONS
RECONNAISSANCE, RÉACTIVITÉ et TRANSPORT
(CATALYSE)
SYSTÈMES CHIMIQUES PROGRAMMÉS
Le PROGRAMME est MOLÉCULAIRE
Sa MISE en OEUVRE est SUPRAMOLÉCULAIRE
L‘INFORMATION est stockée
dans les COMPOSANTS
Son TRAITEMENT s’effectue via un ensemble
d’interactions et suivant un ALGORITHME de
RECONNAISSANCE MOLÉCULAIRE
Étapes d'opération : Reconnaissance
Croissance
Terminaison
WIR MÜSSEN WISSEN
WIR WERDEN WISSEN
David HILBERT
NOUS DEVONS SAVOIR
NOUS SAURONS
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