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Depuis de nombreuses
années, la compréhension des mécanismes du vivant fait partie des axes majeurs de la recherche dans le domaine de la santé. Les progrès sans précédent et le développement spectaculaire des sciences du vivant au cours des trente dernières années ont permis d"établir des bases scientifi - ques solides pour les annéesà venir, en particulier grâce
à l"établissement de bases de
données sur les molécules du vivant (ensemble des gènes, des protéines et des méta- bolites d"un grand nombre d"organismes), aujourd"hui accessibles et utilisables par tous (Encart " Dans la famille des "omes" »)De nombreuses perspectives
s"ouvrent ainsi à la commu- nauté scientifi que, notam- ment pour les chimistes qui jouent, depuis de nombreuses années déjà, un rôle essen- tiel dans le domaine de la santé. Beaucoup reste à faire pour comprendre la " chimie du vivant » (paragraphe 1), c"est-à-dire l"ensemble des réactions qui interviennent dans le fonctionnement de nos cellules et de notre orga- nisme (Figure 1).Les chimistes jouent aussi
un rôle important dans le Daniel Mansuy Chimie du et pour le vivant : objectif santéChimie
du et pour le vivant : objectif santéFigure 1
Les sciences du vivant ont connu
des progrès sans précédent dans la compréhension du fonctionnement de notre organisme. MP_chimieSante_1erpartie.indd Sec1:251/12/09 13:56:30 26La chimie et la santé
domaine de la santé en élabo- rant de nouvelles méthodes et en construisant de nouveaux objets (molécules, maté- riaux...), pour permettre ou faciliter la compréhension du vivant, mais aussi pour intervenir sur certains de ses dysfonctionnements.Citons les médicaments,
les matériaux biocompa- tibles pour prothèses, les produits de diagnostic, etc.C"est ainsi qu"ils développent
une " chimie pour le vivant » (paragraphe 2).Par ailleurs, les chimistes
développent aussi une véri- table " chimie d"après le vivant », inspirée par la richesse et la complexité de la chimie du vivant (para- graphe 3). 1La chimie du vivant
1.1. La chimie ouvre les
portes de la compréhension des mécanismes moléculaires du vivant : des perspectives pour la santéDans les vingt années à venir,
le premier domaine de la santé où l"on s"attend à des amélio- rations considérables grâce aux chimistes est le domaine de la chimie du vivant. De fait, tout organisme vivant est le siège d"un fourmillement de réactions chimiques dont les acteurs sont des enzymes, ainsi que des millions d"autres molécules telles que les sucres, les lipides ou les médiateurs chimiques, qui jouent des rôles clés dans le fonctionnement de l"orga- nisme (Figure 3).Le décryptage récent des
génomes et des protéomes de nombreux organismes a montré que 30 à 40 % des gènes et des protéines ainsi mis en évidence sont " orphe- lins », c"est-à-dire qu"on ne connaît rien de leur(s) fonction(s) biologique(s). La recherche des rôles de ces protéines " orphelines » est un enjeu majeur des années à venir pour les chimistes et les biochimistes. Nul doute que cette recherche va conduireà la découverte de nouveaux
schémas métaboliques, de nouveaux systèmes enzyma- tiques, de nouvelles réactions, de nouveaux catalyseurs et médiateurs, lesquels sont à la base des fonctions physiologi- ques de l"organisme.1.2. Un exemple de nouveau
médiateur récemment découvert : l"oxyde nitriqueL"une des découvertes
récentes les plus marquantes dans le domaine des média- teurs est celle du rôle clé joué par l"oxyde nitrique (NO) dans diverses fonctions physiologiques. Cette toute petite molécule, composée de deux atomes, un azote et unFigure 3
Des millions de molécules sont
à la base du fonctionnement de
notre organisme. MP_chimieSante_1erpartie.indd Sec1:261/12/09 13:56:32 27Chimie du et pour le vivant : objectif santé
DANS LA FAMILLE DES " ...OMES »
Un peu de génomique fonctionnelle...
Le début de ce
XXI e siècle est marqué par l"essor d"une discipline nouvelle que les scientifi ques ont baptisée la génomique et qui marque un tournant révolutionnaire dans leurs recherches pour comprendre... comment fonctionne l"être vivant. La longue histoire a réellement débuté avec la découverte fondamentale en 1953 de lastructure en double hélice de l"ADN (Acide DésoxyriboNucléique), la molécule constitutive du
génome, le support de l"hérédité. Puis en 2001, sont publiées les premières données sur le
séquençage complet du génome humain (l"ADN et le génome sont abordés en détail dans le
chapitre de C. Giovannangeli). Un travail titanesque a maintenant commencé dont le but est de comprendre " quels gènes pilotent quelles fonctions physiologiques de l"organisme ? » Pour cela, il faut passer par l"identifi cation et le recensement de milliers de gènes et d"ARN, ainsi que de millions deprotéines et métabolites ! Se constituent alors des bases de données sur les molécules du
vivant : génome, transcriptome, protéome, métabolome, et même physiome (Figure 2). Du gène à la fonction physiologique : la génomique fonctionnelle.Dans les cellules vivantes, les gènes sont transcrits en ARN messagers, qui sont traduits en protéines,
lesquelles participent par exemple à la biosynthèse de métabolites, qui assurent le fonctionnement de notre
organisme. Chacune de nos milliers de milliards de cellules renferme quelque 25 000 gènes (ou fragments
d"ADN), qui forment le génome. Les ARN messagers (de l"ordre de 45 000) constituent le transcriptome.
Le protéome est encore plus fourni, car il regroupe de très nombreuses protéines (enzymes, récepteurs,
anticorps, hormones, etc.).Figure 2
MP_chimieSante_1erpartie.indd Sec1:271/12/09 13:56:34 28La chimie et la santé
LES ENZYMES, CES CATALYSEURS DE NOTRE ORGANISME
Les organismes vivants possèdent des millions d"enzymes. Il s"agit généralement de protéines,
formant typiquement des amas de chaînes entremêlées (hélices, feuillets et coudes, detailles différentes, Figure 4, voir aussi l"encart " La structure des protéines » du chapitre de
F. Dardel) qui transforment des substrats de notre organisme en produits nécessaires à son fonctionnement. Le scénario classique de l"action d"une enzyme est le suivant : le substrat vient se fi xer sur le " site actif » de l"enzyme pour former le complexe substrat-enzyme. Dans ce site actif seproduit alors une série de réactions chimiques, aboutissant à la formation d"un produit, qui
va pouvoir être utilisé par l"organisme (Figure 5).Les enzymes sont des catalyseurs qui accélèrent les réactions jusqu"à des millions de fois,
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