LES BICOUCHES À L INTERFACE AIR-EAU : UN NOUVEAU SYSTÈME MODÈLE DES MEMBRANES BIOLOGIQUES. Julie Saccani

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1 G LES BICUCHES À L INTERFACE AIR-EAU : UN NUVEAU SYSTÈME MDÈLE DES MEMBRANES BILGIQUES Julie Saccani LPCM UMR Université Bordeaux 1

2 INTRDUCTIN Cellule = unité séparée du milieu extérieur par une membrane perméable Membrane = bicouche - Phospholipides - Sucres - Cholestérol - Autres lipides + protéines Contexte : Étude des interactions membrane-protéines GDR-Molécules végétales 1-3 décembre 2004

3 BJECTIF Réaliser un système modèle reproduisant la structure et la fluidité d une membrane biologique à l interface air-eau - Systèmes existants - Systèmes réalisés

4 SYSTÈMES MEMBRANAIRES MDÈLES Les monocouches de Langmuir : un système simple Sous-phase aqueuse Molécule amphiphile Inconvénients : - Système asymétrique - Pas de cœur hydrophobe Les multicouches supportées Éclatement de vésicules sur un substrat solide hydrophile Inconvénient : Interaction substrat / bicouche

5 Nouveaux systèmes réalisés (1) - Molécules amphiphiles : phospholipides organisation spontanée à l interface air-eau R 1 R 2 P X - État fluide DMPC P N DPS P - NH 3 + C 2 -

6 Nouveaux systèmes réalisés (2) Multicouches à l interface air-eau Méthode - Compression au-delà du collapse Systèmes Bicouche de DMPC Tricouche de DPS Pression de surface (mn/m) Aire moléculaire (Å 2 ) Barrière classique Nouvelle barrière

7 Nouveaux systèmes réalisés (3) Bicouche de DMPC supportée sous une monocouche de silice polymérisée Méthode Éclatement de vésicules sous une monocouche d TMS polymérisé TMS CH 3 CH3 Si CH 3 - Solution d TMS épandue sur une sous-phase à ph=2 à π=25mn/m - Polymérisation (3h) - Neutralisation de la sous-phase - Injection des vésicules de DMPC dans la sous-phase à ph=7

8 TECHNIQUES EXPÉRIMENTALES Techniques d analyse de surface : - Microscopie à l angle de Brewster - Spectroscopie PM-IRRAS Microscopie à l angle de Brewster - Visualisation in situ d un film interfacial - Informations sur l épaisseur, l indice optique, la fluidité Spectroscopie PM-IRRAS - Spectroscopie IR appliquée à des systèmes interfaciaux ultraminces - Informations sur l organisation des groupements moléculaires et l orientation des molécules

9 Microscopie à l angle de Brewster (1) LASER Caméra CCD θ Β θ Β Polarisation p Pas de rayon réfléchi Film d indice de réfraction n rdinateur 540 µm 430 µm - Images codées en niveaux de gris (GL) -GL=f( e,n,temps d obturation T) - La forme géométrique des domaines est indicatrice de leur fluidité

10 Microscopie à l angle de Brewster (2) Théorie Monocouche e R R (n d) 2 Bicouche 2e 4R Expérience - Résultat : GL T =f(e,n) Tricouche 3e 9R - Procédure de calibration : GL T =f(i) R=f(GL T ) R p Angle d'incidence (degré) - Modèle optique : Pour θ B et n fixés, R e

11 Montage optique Spectroscopie PM-IRRAS (1) IR-TF Spectrometer ptic Bench Photoelastic Modulator Detector Double Channel Electronic Acquisition Polarizer Langmuir trough Lens PEM Power Supply C A D Band-Pass Filter Lock-in Amplifier High-Pass 40kHz Filter C A D Band-Pass Filter Low-Pass Detector Preamplifie r

12 Spectroscopie PM-IRRAS (2) Règle de sélection à l interface air-eau I (densité moléculaire) (orientation de M) M

13 TRICUCHE À L INTERFACE AIR-EAU Système : DPS Surface Pressure (mn/m) Molecular Area (Å 2 ) PM-IRRAS Intensity CH 2 C π=26.2mn/m π=45.3mn/m Wavenumbers (cm -1 ) 2800 PM-IRRAS Intensity T=1/50s T=1/500s Wavenumbers (cm -1 )

14 BICUCHE "SUPPRTÉE" (1) Formation de la bicouche de DMPC sous la monocouche d TMS polymérisé t=0 t=4min t=54min T=1/50s T=1/250s T=1/500s

15 0,015 BICUCHE "SUPPRTÉE" (2) t=0 t+45min t+3h30 0,006 0,004 DMPC Signal PM-IRRAS 0,01 0,005 Signal PM-IRRAS 0, ,002 ν (Si--Si) Nombre d'onde (cm -1 ) ,004-0, t=0 t+3h Nombre d'onde (cm -1 ) 900 Intensité lumineuse Injection des vésicules e 2,8 Cinétique de la réaction : 3min Temps (min)

16 Conclusion BICUCHE "SUPPRTÉE" (3) - Formation rapide de la bicouche de DMPC (3min) - Évolution de la bicouche avec remplissage des espaces vacants la compacité augmente - Simulations numériques : Perspectives e(couche TMS polymérisée)=22å e(bicouche)=35å

17 INTERACTIN TRICUCHE-MÉLITTINE (1) Système modèle : tricouche de DPS Peptide étudié : la mélittine - 26 acides aminés - Peptide cytotoxique du venin d abeille activité hémolytique - Structuration en hélice-α GDR-Molécules végétales 1-3 décembre 2004

18 INTERACTIN TRICUCHE-MÉLITTINE (2) [mél]=0,2µmol r=n mél )/n DPS =1/27 + 1min A I A II DPS r=1/210 Signal PM-IRRAS ν (cm -1 )

19 CNCLUSIN & PERSPECTIVES - Stabilisation de "systèmes bicouche" à l interface air-eau - Importance de l épaisseur hydrophobe des membranes vis-àvis de l interaction avec des protéines - Les protéines comme moteur de formation de "systèmes bicouche"

20 APPLICATINS Toute molécule biologique amphiphile d intérêt Ex : galactolipides (MGDG,DGDG) Surcompression du MGDG à 20 C Images brewster Vitesse lente Vitesse rapide Ellipsométrie 3 épaisseurs : - 19Å (monocouche) - 78Å (4 couches) - 93Å (5 couches)