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Vie et TerrePost� par Michel le Vendredi 03/08/2012 � 00:00
Des polym�res aux effets hydratants
prot�ines hydratation plolym�res myoglobine 1 commentaire
Pas de vie sans eau ? Ce dogme de la biologie est remis en cause par l'observation de prot�ines actives lorsqu'elles sont enrob�es de certains polym�res. Une �quipe internationale impliquant notamment des chercheurs du CEA, du CNRS et de l'Universit� (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et...) Joseph-Fourier vient de mettre en �vidence les caract�ristiques permettant � ces polym�res de maintenir en activit� (Le terme d'activit� peut d�signer une profession.) des prot�ines, au m�me titre que l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.).
Les analyses ont �t� r�alis�es sur un nano-hybride, un syst�me biologiquement actif en l'absence d'eau et compos� d'une prot�ine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des...), la myoglobine, entour�e d'une couche de polym�res. Les chercheurs ont �tudi� s�par�ment la dynamique (Le mot dynamique est souvent employ� d�signer ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut �tre employ� comme :) de chacun des constituants et ont montr� comment ces polym�res peuvent remplacer l'eau pour lubrifier la prot�ine et lui permettre des mouvements essentiels � son fonctionnement.
Ces r�sultats pourraient ouvrir de nouveaux champs d'applications dans l'industrie, en pharmacologie et en m�decine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal (physiologie), et cherchant à...). Ils sont publi�s en ligne le 2 ao�t par le Journal of the American Chemical Society.
Malgr� l'absence d'eau dans son environnement, la myoglobine (en rouge),
enrob�e d'une couche de polym�res particuliers (en gris) conserve sa fonctionnalit� biologique.
� Journal of the American Chemical Society
Indispensables � la vie (La vie est le nom donné :) des cellules, les prot�ines actives sont de v�ritables machines mol�culaires. Elles peuvent acc�l�rer la vitesse (On distingue :) de r�actions chimiques, soutenir les tissus, stocker et transporter des substances essentielles, assurer la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- esp�ces) ou la...) entre cellules et d�fendre l'organisme contre les corps �trangers. Les prot�ines poss�dent en grande majorit� une structure tridimensionnelle bien d�finie et des mouvements intrins�ques appropri�s n�cessaires � leur fonctionnement biologique. Certains facteurs comme la d�shydratation cellulaire, ou encore le changement brutal de temp�rature (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante,...), peuvent entra�ner une inactivation des prot�ines: elles ne sont alors plus fonctionnelles et peuvent mener, � terme, � la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si on a pu parler de la mort dans un sens cosmique plus général, incluant par exemple la mort des...) cellulaire.
Il �tait admis qu'une prot�ine ne pouvait �tre fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le...) en l'absence d'eau dans son environnement. En 2010, une �quipe anglaise de l'Universit� de Bristol a r�ussi � cr�er un nano-hybride, constitu� d'une prot�ine, la myoglobine, encapsul�e par des polym�res. Ces derniers ont cr�� une couche autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit...) de la prot�ine, d'o� l'eau �tait totalement absente, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en la maintenant fonctionnelle. Cependant, la raison pour laquelle les polym�res permettaient de conserver la fonction biologique intacte de la prot�ine restait un myst�re.
Une �quipe internationale impliquant des chercheurs du CEA, du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public fran�ais (EPST).), de l'Universit� Joseph-Fourier, de l'Universit� de Bristol (Royaume-Uni), de l'Universit� Nationale Australienne et du Forschungszentrum J�lich (Allemagne), a alors �tudi� la dynamique de ce nano-hybride par diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait r�f�rence � une notion de � distribution �, de � mise � disposition � (diffusion d'un produit, d'une information), voire de � vaporisation � (diffuseur d'un parfum).) de neutrons produits par un r�acteur nucl�aire (Un réacteur nucléaire est un dispositif dans lequel une réaction en chaîne est initiée, modérée et contrôlée par l'humain — ou par la nature, comme dans le seul cas connu du...) de recherche (La recherche scientifique d�signe en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de d�velopper les connaissances scientifiques. Par extension...). De mani�re � analyser s�par�ment la myoglobine et la couche de polym�res sans alt�rer l'int�grit� du syst�me, l'�quipe a eu recours � une astuce. Ils ont marqu� la prot�ine avec du deut�rium (Le deut�rium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrog�ne. Il poss�de 1 proton et 1 neutron. Son nombre de masse est 2.) (un isotope (Le noyau d'un atome est constitu� en premi�re approche de protons et de neutrons. En physique nucl�aire, deux atomes sont dits isotopes s'ils ont le m�me nombre de protons....) de l'hydrog�ne). Une fois marqu�e, la myoglobine devient invisible "aux yeux" des neutrons, permettant ainsi d'observer uniquement la dynamique de la couche de polym�res. Inversement, l'utilisation de polym�res marqu�s au deut�rium permet de n'observer que la dynamique de la myoglobine.
Gr�ce � la combinaison (Une combinaison peut �tre :) des techniques de marquage isotopique et de diffusion de neutrons, les chercheurs ont pour la premi�re fois pu montrer que ces polym�res poss�dent une dynamique �quivalente � celle des mol�cules d'eau autour des prot�ines. D'autre part, ils ont montr� que la myoglobine pr�sente dans le nano-hybride poss�de une dynamique similaire � celle d'une prot�ine qui serait normalement hydrat�e. Au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale supérieure du torse d'un...) de ce syst�me, la myoglobine reste donc fonctionnelle malgr� l'absence d'eau: les polym�res jouent ainsi le r�le de lubrifiant pour les mouvements de la prot�ine, mission normalement remplie par les mol�cules d'eau dans un environnement physiologique.
Rendre des prot�ines fonctionnelles en l'absence d'eau pourrait ouvrir un champ (Un champ correspond � une notion d'espace d�fini:) de travail dans plusieurs secteurs industriels. En effet, la pr�sence d'eau reste un handicap (On nomme handicap la limitation des possibilités d'interaction d'un individu avec son environnement, causée par une déficience qui provoque une incapacité,...) dans bien des situations, comme la conservation de solutions de prot�ines (d�gradation) ou la cr�ation de m�dicaments � forte concentration en principe actif (agr�gation). A terme, il serait possible de manipuler facilement un tr�s grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de prot�ines n�cessaires au d�veloppement d'applications dans l'industrie, en pharmacologie, et en m�decine.
(1) L'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical...) de Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants (ou...) Structurale (CEA/CNRS/Universit� Joseph-Fourier).
(2) L'Institut Laue-Langevin (L'Institut Laue-Langevin (ILL), nomm� ainsi en l'honneur des physiciens Max von Laue (physicien allemand 1879-1960) et Paul Langevin (physicien fran�ais 1872-1946) est un organisme de recherche international,...) (Grenoble).
(3) Prot�ine impliqu�e dans le stockage de l'oxyg�ne (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) dans les muscles.
(4) Deux r�acteurs ont �t� utilis�s ici: le r�acteur (Un r�acteur peut d�signer :) de recherche � haut flux (Le mot flux (du latin fluxus, �coulement) d�signe en g�n�ral un ensemble d'�l�ments (informations / donn�es, �nergie, mati�re, ...) �voluant dans un sens commun. Plus pr�cis�ment le terme est employ� dans les domaines suivants :) localis� au sein de l'Institut Laue-Langevin (ILL) � Grenoble (France) et le r�acteur de recherche FRM II � Garching, pr�s de Munich (Allemagne).
(5) Pr�paration effectu�e au laboratoire de deut�ration de l'Institut Laue-Langevin.
(6) Du fait de ses propri�t�s particuli�res, le deut�rium affaiblit le signal ( Termes g�n�raux Un signal est un message simplifi� et g�n�ralement cod�. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particuli�res. Les signaux lumineux sont employ�s depuis la nuit des temps par les hommes pour communiquer entre...) mesur� quand il remplace l'hydrog�ne (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), jusqu'� le "masquer"
R�f�rence:
A Polymer Surfactant Corona Dynamically Replaces Water in Solvent-Free Protein Liquids and Ensures Macromolecular Flexibility and Activity - Fran�ois-Xavier Gallat, Alex P. S. Brogan, Yann Fichou, Nina McGrath, Martine Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie, une machine à broyer, piler, pulvériser diverses substances et à extraire...), Michael H�rtlein, J�r�me Combet, Joachim Wuttke, Stephen Mann, Giuseppe Zaccai, Colin J. Jackson, Adam W. Perriman, and Martin Weik. Journal of the American Chemical Society, Aou/02/2012.
Source: CEA
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