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Mémoire de fin d’étude en Master Intitulé : Etude théorique et modélisation des

Mémoire de fin d’étude en Master Intitulé : Etude théorique et modélisation des quelques molécules biologiques actives Devant le jury composé par : Chadli Abdelhakim Maitre- assistant.A Présédent Aggoun Sihem Maitre- assistant.A Rapporteur Sellami Mohamed Maitre- assistant.A Examinateur Année Universitaire 2013-2014 Présenté par : Berbouche Dalila République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Med Khider Biskra Faculté des Sciences Exactes et des Sciences de la Nature et de la Vie Département des Sciences de la Matière Domaine des Sciences de la Matière Filière de Chimie Spécialité : Chimie Fondamentale Et Appliquée DEDICACE C’est avec une grande joie que je dédie ce modeste mémoire, à tous mes proches particulièrement : A mon seul et unique abri d’enfance, à celle qui n’a jamais cessé de me lancer l’appel d’amour et tendresse, de me soutenir dans les moments difficiles, la plus proche de mon cœur : A ma très chère mère : Saida. A celui qui m’a guidé vers la voie de la réussite, qui fait l’impossible pour me donner le courage et qui s’est sacrifié pour me permettre de poursuivre mes études jusqu'à ce jour : Mon très cher père : Abdelhamid. Mes parents aucun mot ne saurait témoigner de l’étendue des sentiments que nous éprouvons à leur égard, nous souhaitons que dieu leur préserve une long vie. A mes frères qui sont toujours prêt de me donne la force, le zèle, la joie : Salah et sa femme Souhila et au petit ange : Mohamed chérif, Lazhar et sa femme Ghalia, Salim, Boubaker, et surtout à mon petit brillant frère Abdelhek. A ma sœur : Zakia et ses enfants. A ma grand-mère, qui été très fière et j’aime beaucoup: Khadîdja. A mes meilleures amies : Assia, Walida, Ibtisam, Sassia, Siham,Hafida, Naima, Ghzala,Sara Amel,Ftayma,fairouze,Fayza,Meriem,Abla,Amina Abir…………….. Atout ma famille : Berbouche, Zouaoui. A tous ceux que j’aime et que je respecte. DALILA REMERCIEMENTS Avant toute chose, je remercie Dieu, le tout puissant, pour m’avoir donnée la forceet la patience. Mes plus sincères remerciements vont à mon encadreur Mlle. Aggoun Siham, pour avoir accepté de diriger ma thèse de Mastère. Je lui remercie vivement pour le temps qu'il a consacré pour ma thèse. Merci pour vos explications, pour vos conseils et pour votre patience. Je remercie vivement Monsieur le Docteur .Mellkemi Nadjib, pour leurs conseil. Je tiens également à remercier les membres de jury de mon mémoire Mr.Mohamed Sellami et Mr.Chadli Abdelhakim d’avoir accepté d’éxaminer et de juger ce travail. Je tiens particulièrement à remercier ma très chère aimé. Madjour Sassia, qui m’ont beaucoup soutenu et encouragé d’aller jusqu’au bout. J’adresse un très grand et sincère remerciement à tous les enseignants du département de chimie l’université de Biskra.. Je remercie enfin toutes les personnes qui ont contribué de prés ou de loin à la réalisation de ce travail. A tous merci DALILA Sommaire Sommaire Liste des figures………………………………………………………………………… Liste des tableaux………………………………………………………………………… Liste des abréviations……………………………………………………………………… Introduction générale………………………………………………………………………3  Chapitre I : Généralités sur les nouvelles Molécules Biologiques actives I.1. Définition des nouvelles molécules biologiques actives…………………………………6 I.2. Les principales familles des nouvelles molécules biologiques actives……………….6 I.2.1. Les glucides……………………………………………………………………………...6 I.2.2. Les lipides………………………………………………………………………………..7 I.2.3. Les acides nucléiques…………………………………………………………………....8 I.2.4. Les protéines……………………………………………………………………………..9 I.2.4.1. Structures spatial des protéines………………………………………………………9  Structure primaire………………………………………………………………………9  Structure secondaire……………………………………………………………………9  Structure tertiaire……………………………………………………………………….10  Structure quaternaire…………………………………………………………………....11 I.2.4.2. Structure des Acides Amines protéiques……………………………………………...12 I.2.4.2.1. Le rôle biologique des acides aminés……………………………………………..13 A) Le rôle de structure…………………………………………………………………….13 B) Le rôle métabolique……………………………………………………………………13 C) Les rôles de médiateurs chimiques et de neurotransmetteurs…………………………13 I.2.4.2.2. Classification des acides aminés…………………………………………………..15 A) Polaires chargés………………………………………………………………………….15 B) Polaires non chargés……………………………………………………………………...15 C) Non polaires………………………………………………………………………………15 D) Les acides aminés aux propriétés particulières…………………………………………..16 I.2.4.2.3. Domaines d’utilisation des acides aminés……………………………………........18 I.2.4.2.4. Les propriétés physicochimiques générales des acides aminés……………………18 A) Configuration et isomérie optique (le carbone chiral)…………………………………..18 B) La solubilité des acides aminés…………………………………………………………..18 C) Le coloration et le spectre d’absorption des acides aminés……………………………..19  Chapitre II : Aspects Théorique et Méthodologique II.1. Introduction à la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT)………………………..21 II.2. Généralités sur les méthodes de chimie quantique……………………………………….22 II.2.1. L'équation de Schrödinger………………………………………………………......22 II.2.2. L'approximation de Born-Oppenheimer……………………………………………22 II.2.3. Approximation de Hartree-Fock…………………………………………………….24 II.2.4. Méthode de Hückel simple et Hückel étendue……………………………………..25 II.3. La relation entre la chimie et l’informatique……………………………………………....26 II.4. La Chimie théorique……………………………………………………………………....26 II.5. La base de la chimie théorique……………………………………………………………..28 II.5.1. L'équation de Schrödinger……………………………………………………………...28 II.6. La Théorie de la Fonctionnelle de Densité (DFT)………………………………………….29 II.6.1. Aperçu historique………………………………………………………………….........29 II.6.2. Fondements de la théorie de la fonctionnelle de la densité……………………………30 II.6.2.1. Théorie de Hohenberg et Kohn………………………………………………........30 II.6.2.2. Approche de Kohn et Sham………………………………………………………..31 II.6.3. Approximations utilisées en DFT……………………………………………………….33 II.6.3.1. Fonctionnelles d’échange-corrélation……………………………………………...33 II.6.3.1.1. Approximation de la densité locale LDA……………………………….........33 II.6.3.1.2. Introduction du terme de spin…………………………………………………34 II.6.3.1.3. L’approximation du gradient généralisé………………………………………34 II.6.4. Théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TD-DFT)…………...35 . II.6.5. Succès et limites de la DFT……………………………………………………………..36 II.7. La Théorie Fonctionnelle de Densité Relativiste……………………………………………36 II.7.1. La DFT relativiste……………………………………………………………………..36 II.7.2. Méthode relativiste scalaire DFT- ZORA……………………………………………..37 II.8. Les avantage de la DFT…………………………………………………………………….37 II.9. présentation générale du programme ADF…………………………………………………38 II.9.1. Caractéristiques disponibles dans le programme ADF………………………………...39 II.9.1.1. Fonctionnalités……………………………………………………………………...39 II.9.1.2. Fonctionnelles d’échange-corrélation……………………………………………...39 II.9.1.3. Bases………………………………………………………………………………...40  Chapitre III : Etude des quelques molécules d’acides Aminés III.1. Introduction………………………………………………………………………………42 III.2. Méthode de calcule utilisée………………………………………………………………42 III.3. Calcul des géométries moléculaires…………………………………………………….......43 III.3.1. Analyse structurale…………………………………………………………………….43 III.3.1.1. Cas d’un acide aminé : Alanine...............................................................................43 III.3.1.2. Cas d’un acide aminé : Phénylalanine……………………………………….........45 III.3.1.3. Cas d’un acide aminé : Thréonine…………………………………………….......48 III.3.1.2. Cas d’un acide aminé : Tyrosine………………………………………………......50 III.3.2. Analyse des paramètres électroniques et énergétiques…………………………………53 Conclusion générale……………………………………………………………………………….60 Référence bibliographie Liste des figures Liste des figures Figure I.1) : La structure de Glucose………………………………………………………..7 Figure I.2): La structure d’Acide Palmitate ………………………………………………....7 Figure I.3): La structure de Cholestérol ……………………………………………………..8 Figure I.4): la structure d'un brin d'ADN ...........................................................................8 Figure I.5): La structure d'un brin d'ARN ……………………………………………..........8 Figure I.6): Définition des angles dièdres ω, et ψ ………………………………….......10 Figure I.7) : Les liaisons peptidiques trans (ω = 180°) et cis (ω = 0°…………………........10 Figure I.8):La structure tertiaire de la porine ………………………………………………..11 Figure I.9):La structure quaternaire de l’hémoglobine humaine; Constituée de 4 sous-unités identiques représentées en différente couleurs.…………....…………………….................11 Figure I.10) : La structure d’un acide aminé …………………………………………….....12 Figure I.11): Les structures chimiques des acides aminés …………………………………17 Figure I.12): La configuration et isomérie optique d’un acide aminé ……………………...18 Figure I.13) : Le spectre d’absorption des trois acides aminés Phénylalanine, Tyrosine, Tryptophane…………………………………………………………………………………….19 Figure III.1) : La géométries optimisées de l’Alanine………………………………………..43 Figure III.2) : La géométries optimisées de Phénylalanine…………………………............45 Figure III.3) : La géométries optimisées de Thréonine……………………………………….48 Figure III.4): La géométrie optimisée de Tyrosine…………………………………………....51 Figure III.5): Représentation des orbitales frontières HOMO et LUMO de l’Alanine……….54 Figure III.6): Représentation des orbitales frontières HOMO et LUMO de Phénylalanine…..55 Figure III.7) :Représentation des orbitales frontières HOMO et LUMO de Thréonine……………………………………………………………………………………….56 Figure III.8):Représentation des orbitales frontières HOMO et LUMO de Tyrosine………………………………………………………………………………………...57 Liste des tableaux Liste des tableaux Tableau I.1) : Groupes d’acides aminés et leurs fonctions ……………………………......14 Tableau II.1): Fonctionnelles d’échange-corrélation disponibles dans l’ADF………….....39 Tableau III.1): Les paramètres structuraux calculés de l’Alanine………………………..43 Tableau III.2): Résultats de calcul des charges de Mulliken de l’Alanine………………….44 Tableau III.3): Résultats de calcul des longueurs des liaisons, les angles de valence et les angles de torsion de Phénylalanine…………………………………………………………..46 Tableau III.4): Résultats de calcul des charges de Mulliken de Phénylalanine...................47 Tableau III.5): Résultats de calcul des longueurs des liaisons, les angles de valence et les angles de torsion de Thréonine…………………………………………………………….....48 Tableau III. 6): Résultats de calcul des charges de Mulliken de Thréonine………………..50 Tableau III.7): Résultats de calcul des longueurs des liaisons, les angles de valence et les angles de torsion de Tyrosine. ……………………………………………………………….51 Tableau III. 8): Résultats de calcul des charges de Mulliken de Tyrosine………………….52 Tableau III .9): L’énergie des orbitales frontières de l’acide aminé Alanine selon(LDA) ………………………………………………………………………………………………….53 Tableau III .10): L’énergie des orbitales frontières de l’acide aminé Phénylalanine selon (LDA)…………………………………………………………………………………………..54 Tableau III .11): L’énergie des orbitales frontières de l’acide aminé Thréonine selon (LDA) ………………………………………………………………………………………………...55 Tableau III .12) : L’énergie des orbitales frontières de l’acide aminé Tyrosine selon(LDA) …………………………………………………………………………………………………56 Tableau III.13): Résultats de calcul des paramètres énergétique de selon (LDA/DZ) (Tyrosine, Phénylalanine, Thréonine,Tyrosine) ………….. …………………………………..57 Liste des abréviations Liste des abréviations 3D 3-Dimentional. AA Acid amine. ADF Amsterdam Density Functional. AND Acide désoxyribonucléique. ARN Acide ribonucléique. DZ Double Z (ζ). DZP Double Z (ζ), 1 polarization Function. TZP Triple Zêta(ζ), 1polarisation. DFT Density Functional Theory. GGA Generalized Gradient Approximation. HF Hartree- Fock. HOMO Highest Occupied Molecular Orbital. LUMO Lowest Unoccupied Molecular Orbital. LDA Local Density Approximation. LSDA Local Spin Density Approximation. MM Mécanique moléculaire. OA Orbitale Atomique. OM Orbitale Moléculaire. QSAR Quantitatives Structure- Activity Relationchips. QSPR Quantitatives Structure Primary Relationchips. SR-ZORA Scalar Relativistic - Zeroth Order Regular Approximation. STO Slater Type Orbital. TD-DFT Théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps. ZORA Zeroth Order regular Approximation. Introduction générale Introduction générale 3 Introduction générale La caractéristique la plus évidente des organismes vivants est qu’ils sont complexes et extrêmement organisés. Les organismes assez grands pour être visibles à l’œil nu sont formés de nombreuses cellules, le plus souvent de types différents. A leur tour, ces cellules contiennent des structures subcellulaires, qui sont des assemblages complexes de très grosses molécules. Ces macromolécules elles-mêmes ont un remarquable degré d’organisation avec une structure tridimensionnelle complexe, uploads/Geographie/ etude-theorique-et-modelisation-des-quelques-molecules-berbouche-dalila.pdf