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Actualité | Des molécules neutres peuvent-elles se comporter comme si elles étaient chargées ? Une équipe américaine remet en cause la biochimie conventionnelle
Actualité | Des molécules neutres peuvent-elles se comporter comme si elles étaient chargées ? Une équipe américaine remet en cause la biochimie conventionnelle
Une étude dirigée par l’University of Massachusetts Amherst remet en cause une conception ancienne des polyzwitterions : bien que considérés comme électriquement neutres, ils se déplacent dans un champ électrique comme des particules chargées. Publiés dans Nature Communications, ces travaux pourraient contribuer à l’analyse des protéines et des glucides, à l’administration de médicaments et à d’autres applications biomédicales.
L’étude a été menée par Yeseul Lee, doctorante en science et génie des polymères, et par l’auteur principal Murugappan Muthukumar, professeur titulaire de la chaire Wilmer D. Barrett.
Des polymères neutres se comportent comme s’ils étaient chargés, renversant une hypothèse classique
Les polyzwitterions sont constitués d’unités zwitterioniques comportant des groupes positifs et négatifs, mais sont globalement neutres ; selon la conception classique, ils ne devraient donc pas se déplacer dans un champ électrique. L’électrophorèse de molécules uniques a montré que :
Le PSBMA se comporte comme s’il était chargé négativement
Le PMPC se comporte comme s’il était chargé positivement
Autrement dit, des molécules neutres censées ne présenter aucune réaction se sont déplacées dans une direction précise.
"Mes recherches portent sur le comportement des protéines et des acides aminés, les éléments constitutifs des polymères biologiques", a déclaré Lee. "Dans l’environnement cellulaire dense, il est essentiel de comprendre comment les molécules se déplacent et communiquent."
Pourquoi les molécules neutres se déplacent-elles ? La clé réside dans une "charge cachée"
L’équipe a identifié le mécanisme :
Un polyzwitterion présente une structure semblable à une côte, dont une extrémité chargée se projette vers l’extérieur et l’autre reste près de la chaîne principale du polymère. L’étude a montré que :
Le PSBMA porte une charge négative à la "pointe" de la côte
Le PMPC porte une charge positive à la "pointe"
L’autre charge est atténuée et en grande partie "cachée" près de la chaîne principale
La charge située à la pointe détermine donc la direction du déplacement dans un champ électrique.
Une deuxième avancée : les champs électriques à l’intérieur des cellules ne sont pas uniformes
Les scientifiques supposaient généralement que l’électrolyte cellulaire entourant les macromolécules biologiques avait une constante diélectrique uniforme, atténuant chaque charge de manière égale. L’étude a au contraire révélé que :
Les constantes diélectriques locales diffèrent autour des charges positives et négatives
La constante diélectrique est nettement plus faible à proximité de la chaîne principale du polymère
Elle augmente à mesure que l’on s’éloigne de la chaîne principale et que l’on se rapproche de la pointe
Cela suggère que les champs électriques microscopiques à l’intérieur des cellules sont plus complexes qu’on ne le pensait et que les interactions moléculaires ne peuvent pas être décrites par une seule règle uniforme.
"Ces résultats contribuent à la compréhension des mécanismes fondamentaux de la biochimie", a déclaré Muthukumar. "Personne ne savait que la constante diélectrique variait avec la distance par rapport à la chaîne principale du polymère. Nous l’avons observé et avons quantifié les conséquences."
Une nouvelle base pour la recherche sur les protéines et la médecine de précision
La découverte que des molécules neutres peuvent se comporter comme des molécules chargées apporte un nouvel éclairage sur l’assemblage, le déplacement et les interactions des protéines. Selon l’équipe, elle pourrait faire progresser :
La détection précoce des maladies
L’administration ciblée de médicaments
L’analyse et l’identification des protéines et des glucides
Le criblage et la séparation des biomolécules
L’étude a été financée par la National Science Foundation (NSF) et l’Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) des États-Unis.
Source de l’article :
Informations recueillies en ligne