Après un siècle d'attente, un premier modèle de la libération des gaz par l'hémoglobine
Publié par Isabelle le 07/12/2018 à 14:00
Source: CNRS INC
Les hémoglobines transportent des gaz tels que le dioxygène dans le corps. Alors que leur rôle est connu depuis un siècle, le détail du processus restait mal compris à cause de réactions trop rapides pour être observées. Des chimistes de 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 Physics est un tel institut.) de 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...) radicalaire (ICR, CNRS/Aix-Marseille Université) et des universités de Frankfort et de Tokyo ont proposé un premier modèle théorique expliquant le phénomène. Ces travaux, publiés dans Nature Communications, remettent en cause le déroulement jusque-là supposé de la réaction.


Après une absorption lumineuse dans la myoglobine, des réorganisations nucléaires ultrarapides mènent à une photolyse du CO et à un changement d'état magnétique du fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique...) (transition de spin).
© Miquel Huix-Rotllant

Les hémoglobines, des protéines contenant du fer, sont essentielles à la vie (La vie est le nom donné :) puisqu'elles transportent dans le corps des molécules gazeuses telles que le dioxygène (Le dioxygène est une molécule composée de deux atomes d'oxygène, notée O2, qui est à l'état de gaz aux conditions normales de pression et de température.) des poumons aux organes. Si on sait que les gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend...) s'y accrochent grâce au fer et que la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...) les fait relâcher, l'opération de l'association et dissociation des molécules de gaz reste mystérieuse depuis plus d'un siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois (d'où peut être l'âge du...). Mettant fin à cette longue interrogation, des chercheurs de l'Institut de chimie radicalaire (ICR, CNRS/Aix-Marseille Université) et des universités de Frankfort et de Tokyo ont conçu le premier modèle théorique de libération du gaz par des hémoglobines.

Leur modèle est basé sur le monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule semi-développée C=O ou –C≡O+, la molécule est composée d'un...) (CO) et le centre actif de la myoglobine. Cette molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente la plus petite quantité de matière possédant les...), qui assemblée par groupes de quatre forme une hémoglobine, fonctionne de la même manière, à la différence qu'elle transporte des gaz dans les tissus musculaires. Se produisant en seulement quelques dizaines de millionièmes de milliardièmes de 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 première étape du relâchement d'un gaz ne peut toujours pas être observée, y compris avec des technologies laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) de pointe. Ce modèle fournit malgré tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) des estimations correctes des phases suivantes, qui sont en revanche observables. Alors que le monde (Le mot monde peut désigner :) de la 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...) s'attendait plutôt à ce que la libération des gaz soit provoquée par un changement d'état magnétique du fer, ces travaux montrent l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...): les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) de fer changent d'état après le départ du gaz. Ces travaux remettent en cause le paradigme de la photochimie des complexes organométalliques de fer et pourront inspirer un réexamen critique de ces mécanismes de manière plus générale.

Références publication:
Konstantin Falahati, Hiroyuki Tamura, Irene Burghardt et Miquel Huix-Rotllant
Ultrafast carbon monoxide photolysis and heme spin-crossover in myoglobin via nonadiabatic quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel)...) dynamics.
Nature Communications – Octobre 2018
DOI: 10.1038/s41467-018-06615-1

Contacts chercheur:
Miquel Huix-Rotllant, ICR UMR7273, Aix-Marseille Université
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