\documentclass[class=book,preview=false,crop=false]{standalone}

\usepackage{../../fiche}

\begin{document}
\chapter{Chimie bio-inspirée}

\section*{Éléments imposés possibles}
Catalyse ; matériaux

\section*{Ressources utilisées}
\begin{itemize}
\item \href{http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/vers-une-chimie-douce-bio-inspiree-1211}{http://culturesciences.chimie.ens.fr/content/vers-une-chimie-douce-bio-inspiree-1211}
\item \textsc{Voet}, \textsc{Shriver}, dans les DeBoeck
\item Penser à voir le TI PHA2005 v1, Synthèses totales bio-inspirées de substances naturelles - Concepts, par E. \textsc{Poupon}, \href{TI_PHA2005.pdf}{\texttt{TI\_PHA2005.pdf}}
\item \href{https://www.college-de-france.fr/site/marc-fontecave/course-2012-05-23-10h00.htm}{Cours de M. \textsc{Fontecave}}, vidéo enregistrée
\end{itemize}

\section*{Tutorat avec M. \textsc{Mosser}}
Thème et titres compliqués : se ramener à ce que l'on connaît (ici, l'élément imposé étant Catalyse, c'est faisable).

Les plans proposés tournaient autour de la séparation :
\begin{enumerate}
\item Matériaux issus de bio-inspiration
  \exemple{L'utilisation des diatomées, liens avec les zéolithes ; la peau de gecko et sa reproduction ; l'effet lotus et l'hydrophobicité de surface...}
\item Catalyse et bio-inspiration
  \remarque{Insister sur ce que l'on connaît : les enzymes, leurs utilisatinos en biochimie et en laboratoire, leurs inconvénients... aller vers des sites actifs seulement.}
\end{enumerate}
\remarque{M. \textsc{Leconte} propose sur ce plan là de parler de bioinspiration avec l'effet lotus puis d'étayer la description d'un matériau bioinspiré du lotus pour la création de vitre auto-nettoyante : utilisation du \ce{TiO2} dont la surcace permet une hydrophobicité ET dont les propriétés de semi-conducteurs peuvent amener à un nettoyage par catalyse de réaction... cela offre même un nouveau point pour l'élément imposé et/ou une transition vers la suite.}

Si l'on souhaite se focaliser sur la chimie moléculaire (organique ou non) bio-inspirée, proposer le plan suivant, avec une forte introduction sur les concepts de chimie bioinspirée/biomimétique (différence faite dans le TI).
\begin{enumerate}
  \item Synthèse bio-inspirée 
  \item Catalyse : mimer les sites actifs 
\end{enumerate}

\section*{Introduction}
\pedagogie{Cours à donner à un niveau de L3 : se focaliser alors sur une bioinspiration dans la synthèse organique (si possible, suivant élément imposé...) ; pré-requis relativement forts en chimie organique, en catalyse et en caractérisations... mais peu de besoin en bio et biochimie.}
Différence faite entre bioinspiration et biomimétisme dans le TI.

Présentation de ce que fait la nature, pourrait faire la nature...
Comment l'exploiter, pour le chimiste, pour la société ?
Plusieurs enjeux : chimie « déjà optimisée » dans le vivant ; matériaux innovants répondant à des besoins nouveaux/autres.

Se focaliser ici sur ce qui relève le plus de la L3 : retour sur la synthèse, organique ou non ; quels apports de la nature ici ?

\section{Synthèse bio-inspirée ?}
\textit{Regarder le TI.}
\section{(Bio)catalyse : s'inspirer de la nature}
\textit{Inspiré très largement du cours de M. \textsc{Fontecave}, nitrogénase vers 10'.}
\subsection{La biocatalyse}
La biocatalyse regroupe l'étude de nombreuses méthodes pour catalyser des réactions.
Sur un axe du plus « biologique » au plus « chimique », l'on retrouve les réactions faites à l'aide de micro-organismes, ou d'extraits (levures ?) ; les enzymes ; les enzymes artificiels (regroupant une partie biologique et un cofacteur issu de synthèse) ; et enfin la catalyse bioinspirée.
On se focalise ici uniquement sur les catalyseurs issus de bioinspiration.

La méthode suivie par le chimiste, ou le biologiste, en chimie bioinspirée est :
\begin{enumerate}
  \item poser la question de ce qui est recherché ;
  \item étudier et comprendre la réponse naturelle à la question ;
  \item étudier le système mis en \oe uvre à l'échelle moléculaire et atomique (composés, structures, mécanismes...) ;
  \item reproduire : la molécule, ou bien le matériau, ou bien seulement le processus.
\end{enumerate}

Ainsi, ce qu'il est commun de faire est de regarder l'activité d'une enzyme donnée pour un processus réalisé \emph{in vivo}, de s'intéresser spécifiquement au site actif de cette enzyme (souvent une métallomolécule) et de le reproduire : la molécule reproduite est alors un composé bioinspiré.

Une question légitime à se poser est alors : peut-on réduire le problème à son site actif seulement ? et la réponse n'est pas si évidente...

\subsection{Bioinspiration de catalyseur : exemple de la nitrogénase}
La nitrogénase est, avec une réductase au fer, une protéine qui permet de former de l'ammoniac dans les conditions normales de pression et de température : ce qui est très loin d'être maîtrisé par l'homme !
La réaction n'est pas exactement la même, et le processus nécessite des échanges de protons et d'électrons.
\begin{equation}
  \ce{N2 + 8H+ + 8e- + 16 ATP = 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi}
\end{equation}
\remarque{Pour la nitrogénase, il existe deux cofacteurs, qui ne diffèrent que d'un atome de \ce{Mo} ou \ce{V}.
La nitrogénase \ce{N2_{ase}(V)} a été montrée comme bien plus active que le \ce{N2_{ase}(Mo)}.}

L'étude de ce complexe, et des clusters inorganiques qui le composent, est donc un enjeux très important : reproduire la synthèse de l'ammoniac à très faible coût énergétique.
\remarque{L'apport d'énergie est fait par l'ATP.}
Cependant, l'enjeux n'est pas que celui-ci.
En effet, il a été montré que la nitrogénase pouvait aussi réduire d'autres composés : par exemple, du monoxyde de carbones en hydrocarbures !
\remarque{L'apport de protons et d'électrons permis par la nitrogénase n'est pas seulement applicable à \ce{N2} !}

Les cofacteurs peuvent être extrait de la nitrogénase/protéine ; il a alors été montré que la réaction de réduction de \ce{CO} se faisait toujours, sans ATP cette fois, mais à une activité parfois (très) moindre.
\begin{table}
  \centering
  \begin{tabular}{l|cccc}
    Catalyseur & \ce{FeMoCO} & \ce{N2_{ase}(Mo)} & \ce{FeVCO} & \ce{N2_{ase}(V)}\\
    \hline
    Activité & 0.07 & 0.1 & 0.05 & 100
  \end{tabular}
\end{table}

Cela montre que la protéine (apoenzyme) a un rôle, mais qu'il est mal connu par rapport à celui du site actif : l'approche de s'intéresser au et de mimer le site actif seulement est donc en partie légitimée.

\section*{Conclusion}
Retour sur la démarche pour les catalyseurs en chimie moléculaire ; aller vers une ouverture sur la bioinspiration pour les matériaux (diatomés, effet lotus)...

\end{document}