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Biomolécules et Matériaux Nanostructurés Jacques Livage - Collège de France rubrique : enseignement.

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1 Biomolécules et Matériaux Nanostructurés Jacques Livage - Collège de France rubrique : enseignement

2 Association de nanoparticules minérales via des biomolécules

3 E. Katz, I. Willner, 43 (2004) 6042

4 Angew. Chem. Int. Ed. 40 (2001) 4128

5 fixation nanoparticule inorganique-biomolécule Les biomolécules servent à relier les nanoparticules minérales

6 Les mésocristaux

7 cristal mesocristal

8 DHBC = Double Hydrophilic Block Copolymers BaSO 4 BaCO 3

9 Agent de couplage entre partenaires fonctionalisés Agent de couplage reconnaissant les 2 surfaces Couplage direct entre partenaires fonctionalisés par des groupements complémentaires

10 Functional Group semi conducteurs métaux S COO - NH 2 10

11 interactions spécifiques antigène-anticorps Couplage antigène-anticorps

12 Antigènes bacterie virus Reconnaissance spécifique antigène-anticorps anticorps antigène Anticorps Lorganisme produit des anticorps pour lutter contre lagression de corps étrangers (antigène)

13 Haptène molécule trop petite pour jouer le rôle dantigène doit être associée à une protéine (albumine) X XX X X X Bovine Serum Albumin anticorps anti-X Reconnaissance spécifique de X Lanticorps reconnaît certaines fonctions (épitopes) à la surface de lantigène X

14 Le couple biotine - streptavidine Biotine (vitamine H, B1) coenzyme biotine Avidine : glycoprotéine du blanc doeuf Formation dun complexe très stable

15 Assemblage 2D ou 3D de nanoparticules métalliques Biologically Programmed Nanoparticle Assembly S. Mann et al. Adv. Mater. 11 (1999) 449 S. Mann et al. Adv. Mater. 12 (2000) anti-corpsantigène (haptène)

16 Fonctionalisation de nanoparticules dor via la formation de liaisons Au-S Association via un agent de couplage 15 Fixation des anticorps +

17 Greffage danticorps anti-DNP sur les particules métalliques Précipitation quand on ajoute lagent de couplage IgE haptène Au Agent de couplage antigène = DiNitroPhénolanti-corps = IgE anti-DNP

18 dispersion colloïdale rose stable pendant plusieurs semaines Les IgE empêchent lagrégation agrégation + Greffage danti-corps sur les nanoparticules d or (12 nm) Addition de lagent de couplage précipité pourpre

19 Association de nanoparticules cylindriques sphériques

20 1 2 Greffage de 2 anticorps différents IgG anti-biotine IgE anti-DNP NO 2 Agent de couplage

21 même opération avec 2 systèmes différents Ag Au Ag Au Ag Au précipité noir 20

22 Associations Au-Au Associations Au-Ag Le couplage permet dassocier les nanoparticules mais ne conduit pas à des systèmes ordonnés

23 Nanotubes peptidiques et matériaux nanostructurés 2007

24 20 acides aminés

25

26 25

27 Liaison peptidique

28 polypeptide Structure primaire

29

30 Structure secondaire Structure primaire

31 Structure des peptides 30

32 Nanotubes peptidiques

33 Auto-assemblages entre peptides

34 E. Gazit, Chem. Soc. Rev. 36 (2007) 1263

35 Formation de nanotubes à partir de peptides cycliques sempilent pour former des nanotubes 35

36 assemblage dacides aminés droit et gauche liaisons hydrogène liaisons hydrogène Reza Ghadiri et al. Nature 366 (1993) 324

37 vue le long de laxe a vue le long de laxe c

38 Canaux trans membranaires pour le transport des ions Artificial transmembrane ion channels from self-assembling peptide nanotubes Reza Ghadiri et al. Nature 369 (1994) 301

39 L-GlutamineD-Alanine +

40 glutaminephénylalanine 40

41 nanotubes auto-assemblage assemblage d acides aminés droit et gauche

42 Formation de nanotubes à partir de peptides linéaires séquences alternées dacides aminés négatifs et positifs attractions électrostatiques

43 lysinearginine positif (NH 3 ) + ++ ac. glutamiqueac. aspartique négatif (COO) - - -

44 Peptides Lego alanine surface supérieure hydrophile surface inférieure hydrophobe CH 3 COO - CH 3 COO - EAK16-I hydrohobe hydrophile feuillets ac. aspartique

45 En milieu aqueux les peptides sorganisent en fibrilles hydrohobe hydrophile 45

46 Rôle des groupements aromatiques Formation de nanotubes via les interactions

47 Auto-assemblage de la diphénylalanine en nanotubes 100 nm AFM MET

48 alanine glycine diphénlyl alanine diphénlyl glycine

49 cystéine Cys 100 nm

50 deux types dinteractions orthogonales Interactions Ponts S = S SH 50

51

52 Formation de nanotubes en milieu aqueux la tête polaire est vers lextérieur Peptides amphiphiles

53 queue hydrophobe chaîne alkyle queue hydrophobe tête polaire hydrophile alanine valine Peptides amphiphiles + têtes polaires acide glutamique Positive lysine histidine acide aspartique Négative

54 Différentes morphologies formées selon le coefficient P

55 La longueur du peptide augmente avec le nombre dacides aminés hydrophile hydrophobe 55

56 Chaîne alkyle cystéine linker sérine hydrophobe ponts S=S rigidité tête polaire fonctionnelle Peptides amphiphiles

57 Réseau de nanotubes formées à partir de peptides amphiphiles

58 auto-assemblage des peptides en solution aqueuse pour donner des nanotubes acide aspartiquelysine queue hydrophobe diamètre 30 à 50 nm

59 Ces nanotubes servent de templates pour lélaboration de nanomatériaux inorganiques

60 exo endo Contrôle du diamètre des nanotubes exo = tubes creux endo = tubes pleins 60

61 Peptides Bolaamphiphiles molécules présentant 2 têtes polaires liées par une chaîne hydrophobe Une fonction carboxylate hydrophile à chaque extrémité Spacer = chaîne hydrocarbonée hydrophobe (CH 2 ) n

62

63 Auto-assemblage en solution pour donner des nanotubes

64

65 Liaisons hydrogène groupes acides groupes amides

66 x : entre -COOH O - C OH HO C - O C=O H-Nz : entre CO et NH x z Liaisons hydrogène entre molécules voisines 65

67 oxygène azote hydrogène carbone x z N-H C=O COOH HOOC Liaisons hydrogène

68 bis(N- -amido-glycylglycine)-1,7-heptane dicarboxylate pH 4pH 8nanotubeshélices selon le pH, les groupements NH et COOH sont ± protonées conduisant à des nanotubes ou à des hélices J. Phys. Chem. 104 (2000) 3383

69 -COOH -COO -


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