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22.10.2013 Views

1.1.3.2 Problématique moléculaire de l'adsorption des protéines solubles aux interfaces L'essor ces dernières années de biodétecteurs 4 , dont certains fabriqués à partir de films protéiques couplés à des substrats solides, a révélé divers problèmes de performance (par exemple, au niveau de la facilité de calibration et de la rapidité de détection) probablement reliés au comportement interfacial des protéines adsorbées, entre autres, leur instabilité conformationnelle, leur désordre organisationnel, leur inhibition ou leur inactivation fonctionnelle (Blum et Coulet, 1991; Ziegler et Gopel, 1998; Davis, 2003). L'utilisation de films mixtes protéines/lipides comme dans la méthode de Langmuir-Blodgett a certes permis de réduire partiellement ces problèmes (Roberts, 1990; Ulman, 1991; Zasadzinski et al., 1994; Petty, 1996), malgré tout, il demeure que d'autres problèmes, de reproductibilité ceux-là, ont démontré l'importance cruciale d'étudier le comportement interfacial des protéines solubles non seulement à l'interface gaz/solide mais surtout à l'interface gaz/liquide, plus particulièrement lors de la formation du film protéique. La préférence pour l'interface gaz/liquide s'explique par le fait que la spécificité de cette interface à caractère hydrophobe, contrairement à l'interface gaz/solide, peut être directement contrôlée par les conditions physico-chimiques de la phase liquide sous-jacente (par exemple, force ionique, pH, température d'une solution aqueuse). En outre, l'interface gaz/liquide possède des caractéristiques d'adsorption plus simples que l'interface liquide/solide et ce, à cause de l'absence d'effets d'hétérogénéité, de spécificité et/ou de stabilité provenant de la structure de la surface liquide. Par exemple, la mobilité des interfaces gaz/liquide et gaz/solide s'avère bien différente; en effet, la structure de l'interface gaz/solide est principalement contrôlée par l'arrangement 4 Plus généralement, on considèrera comme biodétecteur, tout agencement moléculaire entre une matrice biologique active (acides nucléiques, protéines) et une matrice synthétique passive (surfaces métalliques et polymériques, etc.). L'intérêt de tels dispositifs moléculaires est de tirer profit de la capacité qu'ont certaines macromolécules biologiques (enzymes, antigènes, récepteurs hormonaux, etc.) à identifier, localiser ou capturer un substrat ou un ligand spécifique. 8

des atomes du réseau cristallin à la surface du solide. On trouve aussi des régions structurales fortement anisotropes (rugueuses) à la surface du solide. 1.2 Aspects théoriques de l'adsorption des protéines solubles à l'interface gaz/liquide Au cours des cinquante dernières années, de nombreux ouvrages (Lyklema, 1991; Dukhin et aL, 1995; Mëbius et Miller, 1998; Malmsten, 2003a) et revues (Andrade, 1985; MacRitchie, 1990a,b; Tripp et aL, 1995) ont été consacrés, tant au niveau théorique que technique, à la compréhension du comportement des protéines solubles à l'interface gaz/liquide. Ainsi, d'un point de vue théorique, on peut aborder l'adsorption des protéines solubles selon deux approches, à savoir, énergétique (thermodynamique) et cinétique. Dans la première approche, il s'agit de déterminer les contributions enthalpiques et entropiques gouvernant le mécanisme d'adsorption à l'équilibre. Le désavantage de cette approche c'est qu'on ne peut vraisemblablement pas cerner l'influence d'une contribution relativement à l'autre et encore moins départager clairement les facteurs moléculaires des protéines et/ou de l'interface à l'origine de ces contributions. Dans la seconde approche, il s'agit plutôt de déterminer l'importance des différents processus cinétiques (diffusion, pénétration et réarrangement (réorientation, relaxation ou dénaturation)) constituant le mécanisme d'adsorption. Toutefois, le désavantage de cette approche est qu'il faut la plupart du temps élaborer un modèle cinétique (pas nécessairement simple) s'accordant le plus possible avec les données expérimentales. Incidemment, aucune de ces deux approches ne permet à elle seule d'élucider tous les aspects du mécanisme d'adsorption. Malgré l'accroissement ces dernières années du nombre de nouvelles structures moléculaires de protéines résolues et les progrès théoriques réalisés concernant les règles de repliement des protéines, il semble qu'une théorie complète de l'adsorption des protéines solubles à l'interface gaz/liquide soit encore 9

1.1.3.2 Problématique moléculaire de l'adsorption des protéines solubles<br />

aux interfaces<br />

L'essor ces dernières années de biodétecteurs 4 , dont certains fabriqués <strong>à</strong><br />

partir de films protéiques couplés <strong>à</strong> des substrats solides, a révélé divers<br />

problèmes de performance (par exemple, au niveau de la facilité de calibration et<br />

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protéines adsorbées, entre autres, leur instabilité conformationnelle, leur désordre<br />

organisationnel, leur inhibition ou leur inactivation fonctionnelle (Blum et Coulet,<br />

1991; Ziegler et Gopel, 1998; Davis, 2003). L'utilisation de films mixtes<br />

protéines/lipides comme dans la méthode de Langmuir-Blodgett a certes permis de<br />

ré<strong>du</strong>ire partiellement ces problèmes (Roberts, 1990; Ulman, 1991; Zasadzinski et<br />

al., 1994; Petty, 1996), malgré tout, il demeure que d'autres problèmes, de<br />

repro<strong>du</strong>ctibilité ceux-l<strong>à</strong>, ont démontré l'importance cruciale d'étudier le<br />

comportement interfacial des protéines solubles non seulement <strong>à</strong> l'interface<br />

gaz/solide mais surtout <strong>à</strong> l'interface gaz/liquide, plus particulièrement lors de la<br />

formation <strong>du</strong> film protéique. La préférence pour l'interface gaz/liquide s'explique<br />

par le fait que la spécificité de cette interface <strong>à</strong> caractère hydrophobe,<br />

contrairement <strong>à</strong> l'interface gaz/solide, peut être directement contrôlée par les<br />

conditions physico-chimiques de la phase liquide sous-jacente (par exemple, force<br />

ionique, pH, température d'une solution aqueuse). En outre, l'interface gaz/liquide<br />

possède des caractéristiques d'adsorption plus simples que l'interface<br />

liquide/solide et ce, <strong>à</strong> cause de l'absence d'effets d'hétérogénéité, de spécificité<br />

et/ou de stabilité provenant de la structure de la surface liquide. Par exemple, la<br />

mobilité des interfaces gaz/liquide et gaz/solide s'avère bien différente; en effet, la<br />

structure de l'interface gaz/solide est principalement contrôlée par l'arrangement<br />

4 Plus généralement, on considèrera comme biodétecteur, tout agencement moléculaire entre une<br />

matrice biologique active (acides nucléiques, protéines) et une matrice synthétique passive<br />

(surfaces métalliques et polymériques, etc.). L'intérêt de tels dispositifs moléculaires est de tirer<br />

profit de la capacité qu'ont certaines macromolécules biologiques (enzymes, antigènes,<br />

récepteurs hormonaux, etc.) <strong>à</strong> identifier, localiser ou capturer un substrat ou un ligand spécifique.<br />

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