MR thèse 2006-21 - Bibliothèque Ecole Centrale Lyon

Chapitre V – Interface BSA/métal
V. MODELES D’ADSORPTION DES PROTEINES SUR LES SURFACES
METALLIQUES
Les données théoriques et expérimentales sur les interactions moléculaires aux interfaces
protéines/surfaces métalliques sont rares. Ceci est dû à la complexité et à la difficulté d’étudier ces
interfaces in vivo.
L’objectif de notre travail consistait à proposer une approche nous permettant d’accéder à ces interfaces
afin d’observer les interactions physico-chimiques qui nous permettraient d’apporter un certains nombres
d’arguments en faveur de la chimisorption des protéines sur les surfaces métalliques. La spectroscopie de
photoélectrons est particulièrement bien adaptée à l’étude de ces interactions physico-chimiques
puisqu’elle permet de suivre les modifications de la répartition des charges autour des éléments
considérés. Les conditions environnementales de notre étude sont donc différentes des conditions
physiologiques dans lesquelles se forment les interfaces (l’XPS nécessitant de travailler sous UHV) mais
peuvent néanmoins contribuer à la compréhension des mécanismes d’adsorption [Langel et Menken
2003, Uvdal, et al. 1992].
Trois approches ont été envisagées pour accéder aux interfaces protéines/surfaces métalliques. Les deux
premières approches ont été réalisées afin d’accéder aux interfaces formées lorsque les protéines viennent
au contact d’une surface solide. A l’opposé, la dernière approche permet de suivre la formation de
l’interface lorsque les éléments métalliques rencontrent les protéines.
La première approche consistait à sublimer la protéine sous vide sur les surfaces métalliques. Cette
approche n’est pas concluante puisque nous ne pouvons pas expliquer les modifications chimiques
observées. En effet, nous ne disposons pas d’informations sur l’incidence de la température de
sublimation sur la structure de la protéine sous UHV. Une analyse des gaz au cours de la sublimation
pourrait apporter quelques éléments de réponse.
Pour les mêmes raisons, la seconde approche qui consistait à désorber thermiquement la protéine sous
UHV, n’est pas particulièrement adaptée pour sonder la chimie de l’interface. Bien que nous ayons
effectivement observé une désorption de la BSA en chauffant le substrat, les modifications chimiques
observées ne peuvent être interprétées simplement en raison des observations faites à propos de
l’incidence de la température sur la déstructuration protéique. Rappelons que les déplacements chimiques
observés sur l’azote sont identiques dans le cas de la sublimation et de la désorption thermique. D’autre
part, les estimations faites sur l’épaisseur des couches de protéines ne peuvent être considérées comme
exactes puisque l’homogénéité de la couche de protéine avant et au cours de la désorption n’est pas
démontrée. Néanmoins, nous avons pu observé une différence de stabilité structurale de la BSA en
fonction du substrat sur lequel elle était adsorbée. Ces observations suggèrent donc que les forces
d’interactions régissant l’adsorption des protéines sur les surfaces ne sont pas les mêmes pour les oxydes
de chrome et pour l’or. Des observations similaires concernant l’adsorption de la glycine sur des substrats
d’oxyde de titane, de cuivre et d’or ont été rapportées [Uvdal, et al. 1990].
Bien que peu informatives, ces deux premières approches nous ont permis de montrer la difficulté
d’accéder à la formation de l’interface en raison de la taille importante des protéines au regard de la
profondeur d’analyse de l’XPS. Dans ce contexte, la troisième approche que nous proposons est de loin la
plus appropriée puisqu’elle offre une sensibilité particulièrement importante à l’interface compte tenu de
l’épaisseur d’une monocouche d’un élément métallique. Depuis longtemps appliquée à l’étude des
interfaces métal/polymères, cette approche a grandement participée à la compréhension des mécanismes
d’adhésion [Bou, et al. 1991, Iucci, et al. 1999]. Au cours de notre étude, certaines des liaisons chimiques
formées entre les métaux et la protéine par la mise en œuvre de cette approche ont également été
observées lors de l’adsorption de protéines, d’acides aminés ou de molécules azotées à partir de solutions
aqueuses [Brizzolara, et al. 1997, Charlier 2003, Chi, et al. 2000, Uvdal, et al. 1992, Xie, et al. 2000]. La
métallisation des protéines apparaît donc comme une approche tout à fait pertinente et fiable dans la
problématique qui est la nôtre.
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