Chimie médicale [MCHIB108]

Acquis d'apprentissage

L’étudiant(e) devra développer et maîtriser les compétences suivantes : 

• restitution de concepts théoriques de chimie ;
• description qualitative et quantitative de la matière ;
• représentation de molécule de (bio)molécules dans le plan et dans l’espace ;
• résolution de problèmes quantitatifs ;
• interprétation et construction de graphes

En particulier, au terme de son apprentissage, l’étudiant(e) sera en mesure :

• de décrire la structure microscopique de la matière (niveau atomique et moléculaire) ;
• de maitriser la nomenclature et la reconnaissance de groupements fonctionnels en chimie minérale et organique ;
• de prédire les propriétés d’édifices moléculaires (bio)chimiques (géométrie, polarité, aromaticité, conformation, stéréochimie, configurations et chiralité)
• d’utiliser la théorie des gaz parfaits en lien avec des problématiques médicales ;
• de définir les propriétés des solutions (concentration, abaissement cryoscopique, conductivité, pH, …) ;
• de décrire et pondérer des équations de réaction (dissociation, acide-base, redox, précipitation, complexation, combustion, …) ;
• de réaliser des calculs de stœchiométrie 
• de décrire l’état d’équilibre dynamique et son déplacement et de raisonner sur les constantes d'équilibres;
• de prédire, à l’aide de concepts thermodynamiques, l'évolution de processus (bio)chimique ;
• d’utiliser les concepts de cinétique pour décrire la vitesse de réactions enzymatiques ;
• de décrire les grandes classes de réactions biochimiques et les mécanismes moléculaires sous-jacents ;
• de décrire les principes de techniques de caractérisation et de (bio)spectroscopies

Objectifs

Ce cours a pour objectifs principaux de :

• donner à l'étudiant une formation de base rigoureuse en chimie en lien avec des questions médicales ;
• décrire la matière (corps purs ou mélanges) dans les trois niveaux de savoirs (macroscopique, microscopique et symbolique ;
• décrire les molécules (bio)chimiques et en inférer des propriétés ;
• expliquer et prévoir les transformations (bio)chimiques sur base de concepts de thermochimie et de cinétique et de l’analyse des transformations de groupes fonctionnels ;
• solutionner des problèmes en utilisant les raisonnements et outils mathématiques ;
• interpréter des données présentées sous différentes formes (tableau, graphique, texte, …)

Contenu

Le cours développe les théories de la chimie utiles aux applications médicales et biochimiques. La description de l'atome et la nature de la liaison chimique justifient la structure et la géométrie des (bio)molécules, et de leurs groupes fonctionnels, ainsi que les états de la matière. L’analyse conformationnelle de molécules organiques simples permet de comprendre les bases de la dynamique moléculaire. Cette description moléculaire explique l'activité pharmacologique de composés naturels et/ou de médicaments. La thermochimie et la cinétique permettent une description critique et quantitative de processus (bio)chimiques. L’analyse de transformations enzymatiques de groupes fonctionnels de biomolécules permet de comparer les grandes classes de réactions de la biochimie.

Des exemples en lien avec le domaine médical illustrent les concepts chimiques.

Table des matières

Les états de la matière

• Mélanges, solutions, dispersions colloïdales (sang)
• Forces intermoléculaires,
• Etats solide et liquide : densité, miscibilité, tension de surface (capillaire, Laplace), tension de vapeur
• Etat gazeux : pression, dissolution (Henry)

Atomes et molécules

• Liaisons, géométrie (VSEPR), chiralité et stéréochimie (acides aminés, sucres, médicaments), conformation (folding de protéines, dynamique moléculaire de petites molécules organiques)
• Nomenclatures des molécules minérales et organiques
• Structure électronique – spectroscopies UV-vis (couleurs, absorption, fluorescence, Lambert-Beer) – aromaticité (biomolécules et médicaments)

Principes de thermochimie

• Calorimétrie, spontanéité, équilibres et déplacement (K_D, K_i, IC₅₀)

Principes de cinétique

• Cinétique enzymatique (michaélienne), inhibition

Réactions (bio)chimiques

• Réactions acide-base : neutralisation et déplacement (cachet effervescent, détartrant et intoxication Cl₂)
• Acidité et pH : tampon, alcalose/acidose
• Réactions redox : potentiel de réduction, cofacteurs (FAD, NAD), ponts SS, sucres réducteurs
• Réactions de précipitation : agents de contraste (BaSO₄)
• Réactions de complexation : citrate (anticoagulant), EDTA
• Réactions d'hydrolyse, de susbstitution, d'addition, d'élimination