Recherchez sur tout Techno-Science.net
       
Techno-Science.net : Suivez l'actualité des sciences et des technologies, découvrez, commentez
Posté par Michel le Mercredi 11/03/2009 à 00:00
Une seconde pour sonder des nanomachines moléculaires au niveau atomique
Des chercheurs de l'Institut de biologie structurale Jean-Pierre Ebel (IBS, Institut mixte CEA-CNRS-Université Joseph Fourier, Grenoble) viennent de développer une nouvelle technique, basée sur la Résonance magnétique nucléaire (RMN), permettant de réduire considérablement le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) nécessaire pour sonder, au niveau atomique, des assemblages biomoléculaires de grandes tailles. Les temps d'analyse passent ainsi de plusieurs minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...) à près d'une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une...) ce qui ouvre un nouveau champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) dans l'étude structurale de ces assemblages.

Elles devraient permettre d'observer en temps réel les changements structuraux et dynamiques 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 animal, et en particulier celle des...) de nanomachines (1) moléculaires lorsqu'elles exercent leur action. Ces résultats viennent d'être publiés en ligne par la revue Journal of the American Chemical Society.

L'étude 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 terme a été...) et structurale des nanomachines biologiques est une tâche difficile compte tenu de la dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) des objets étudiés, de leur flexibilité et de la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri...) des substrats manipulés (protéines, peptides, ADN, ARN...). Elle nécessite la combinaison (Une combinaison peut être :) de la cristallographie aux rayons X et de méthodes à "basse" résolution telles que la microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La...) électronique. Ces méthodes permettent difficilement d'obtenir des informations cinétiques pourtant nécessaires pour comprendre la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) fonctionnelle d'un système.


A gauche: Structure quaternaire de la peptidase TET, une machine moléculaire en charge
de la digestion (La digestion est le processus au cours duquel un organisme vivant reçoit du milieu extérieur des aliments (eau, molécules organiques et minéraux), les modifie afin de les transformer en nutriments et...) et du recyclage (Le recyclage est un procédé de traitement des déchets industriels et des déchets ménagers qui permet de réintroduire, dans le cycle de production d'un produit, des matériaux qui le composent. L'un des...) des peptides dans les archébactéries.
Cet assemblage de 468 kDa (kilo dalton) est constitué de 12 sous unités identiques de 39 kDa.
Au centre: structure tertiaire de la sous-unité de TET (39 kDa). Les méthyles des alanines
sont représentés par des sphères rouges.
A droite: spectres RMN 2D de TET obtenus après marquage isotopique spécifique
des methyls des alanines. Le temps nécessaire pour enregistrer chaque spectre
est de l'ordre de la seconde. Chaque signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour...) dans les spectres RMN 2D correspond
à un méthyle de la peptidase TET.

La spectroscopie RMN (2) est la méthode de choix pour étudier, avec une résolution atomique, les propriétés structurales et dynamiques des macromolécules biologiques en solution. Récemment, le développement de techniques de marquages isotopiques spécifiques (3) a permis de repousser les frontières de cette méthode à l'analyse des assemblages biomoléculaires pouvant atteindre 1 méga Dalton (4). L'utilisation de spectromètres RMN opérant à des champs magnétiques élevés a, de son côté, amélioré la résolution des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...). Cependant l'étude cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) des modifications au sein de ces assemblages restait limitée par les temps de mesure (plusieurs minutes voire plusieurs heures) nécessaires pour repérer chaque groupe d'atomes par leurs signaux RMN spécifiques. Une autre technique nouvellement mise au point (Graphie), la RMN rapide (5), permet d'accélérer l'enregistrement des spectres RMN.

Pour la première fois, les chercheurs de l'IBS ont réussi à combiner ces trois techniques, et ainsi, à réduire à près d'une seconde le temps expérimental requis pour sonder par RMN des assemblages biomoléculaires de plusieurs centaines de kilo Dalton.

Cette nouvelle approche devrait permettre d'ouvrir l'accès à des informations cinétiques sur les mécanismes de repliement ou d'auto-organisation (L'auto-organisation est un phénomène de mise en ordre croissant, et allant en sens inverse de l'augmentation de l'entropie; au prix bien entendu d'une dissipation d'énergie qui servira à maintenir cette structure.) de ces assemblages biomoléculaires. De plus, elle constitue une avancée importante pour observer en temps réel le fonctionnement des nanomachines biologiques telles que les chaperonnes, protéasomes, peptidases ou moteurs moléculaires (6).

Notes:

(1) Nanomachines: machines à l'échelle nanométrique (10-9 m), composées de plusieurs molécules. Ce sont des dispositifs à l'échelle moléculaire capables de manipuler les atomes et les molécules.

(2) La Résonance Magnétique Nucléaire (La résonance magnétique nucléaire est une technique de spectroscopie appliquée aux particules ou ensembles de particules atomiques qui ont un spin nucléaire non nul.): phénomène par lequel un noyau de l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps...) considéré absorbe les rayonnements électromagnétiques d'une fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on...) spécifique en présence d'un fort champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction, définie en tout point de...). Ses applications concernent la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...), la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs...), l'imagerie médicale (L'imagerie médicale regroupe les moyens d'acquisition et de restitution d'images à partir de différents phénomènes physiques (Résonance...) et la 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...) structurale. L'IBS est labellisé plateforme nationale et européenne d'accueil pour la RMN très haut champ.

(3) RMN avec marquage isotopique spécifique: pour observer par RMN de gros assemblages, il est nécessaire de substituer 100 % de l'atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) naturel d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) par du deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1 neutron. Son nombre de masse est 2.) et de réinsérer spécifiquement en quelques sites déterminés (exemple méthyles des alanines) l'atome naturel d'hydrogène, observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre physique, ou plus généralement une...) par RMN.

(4) Un Dalton: c'est, avec une assez bonne précision, la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation...) d'un atome d'hydrogène. Un acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions avec un autre type de composé chimique complémentaire, les bases.) aminé de protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En...) représente environ 110 Da, un assemblage de 1 méga Dalton contient environ 9000 acides aminés.

(5) La RMN rapide: une nouvelle technique de RMN (appelée "SOFAST") permettant d'enregistrer un spectre 2D en quelques secondes, développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme...) à l'IBS.

(6) Moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) Moléculaire: d'une manière générale, un moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie (éolienne,...) moléculaire consomme de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) (exemple hydrolyse d'ATP) pour effectuer un mouvement ou un travail. Dans les cellules, les moteurs moléculaires sont des machines biomoléculaires essentielles pour la mobilité (contraction musculaire, flagelle (Le flagelle est génériquement un organite assurant la mobilité d'une cellule. Les procaryotes et les eucaryotes ont...)...) et le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de...) (chromosomes, neurotransmetteurs, passage des membranes...).


Commentez et débattez de cette actualité sur notre forum Techno-Science.net. Vous pouvez également partager cette actualité sur Facebook, Twitter et les autres réseaux sociaux.
Icone partage sur Facebook Icone partage sur Twitter Partager sur Messenger Icone partage sur Delicious Icone partage sur Myspace Flux RSS
Source: CEA
Illustration: CEA & Journal of the American Chemical Society. (February 25th 2009). http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja809880p