Templates biomoléculaires

X. Zhao, S. Zhang, Trends in Biotechnology 22 (2004) 470

Endo-templates Elaboration de nanofils métalliques par moulage à l’intérieur de nanotubes peptidiques nanotube nanofil

Endo-templates Solution d’un sel métallique (HAuCl4) à l’intérieur des nanotubes réduction Au3+ / Au0 nanofils d’or diamètre qq. nanomètres

M. Reches & E. Gazit Science 300 (2003) 625 diphényl alanine

fixation d’ions Ag+ à l ’intérieur des nanotubes réduction en Ag0 dégradation enzymatique du peptide peptide + Ag nanofils d’argent (Ø = 20 nm)

Exo-templates Formation de nanotubes métalliques par dépôt sur des nanotubes peptidiques nanotube nanotube Fixation de peptides ‘ minéralisateurs ’ à la surface des nanotubes

Fixation de Cu sur des peptides riches en groupements histidine I.A. Banerjee, L. Yu, H. Matsui, PNAS, 100 (2003) 14678 Fixation de Cu sur des peptides riches en groupements histidine HG12 = histidine glycine Fixation sur les nanotubes via des liaisons hydrogène Complexation des ions Cu2+ par les groupements azotés

Complexation du cuivre par l’histidine

via liaisons hydrogène 10 greffage des peptides via liaisons hydrogène fixation des ions Cu2+ réduction pH 6 100 nm avec HG12 sans peptide pH 6 100 nm

Petits cristaux monodisperses Influence du peptide pH 6 avec HG12 100 nm Petits cristaux monodisperses Ø = 10 nm pH 6 sans HG12 100 nm Assemblage irrégulier de gros cristaux polydisperses Ø ≈ 50 nm

assemblage compact de nanocristaux monodisperses Influence du pH pH 6 avec HG12 assemblage compact de nanocristaux monodisperses Ø ≈ 10 nm nm % 100 nm pH 8 avec HG12 nm % 100 nm Ø ≈ 30 nm assemblage moins compact de cristaux plus gros et polydisperses

Les groupements histidine complexent les ions Cu2+ via les atomes d’azote et les fixent en des positions bien définies qui dépendent du nombre de groupements ‘ glycine ’ histidine PH 6 = point de charge nulle de l’histidine

Le repliement de la chaîne peptidique HG12 varie selon le pH ceci permet de modifier la morphologie des cristaux de Cu HG12 = pH 6 cristaux de Cu obtenus en solution avec HG12 (sans nanotube) pH 8

Le peptide HG 12 possède la propriété de fixer les ions Cu2+ 15 Le peptide HG 12 possède la propriété de fixer les ions Cu2+ sa conformation dépend du pH ce qui permet de contrôler la nucléation des nanoparticules de Cu NT pH 6 pH 8 pH cm-1 abs. IR Le pic à 1600 indique la formation de liaisons N(His)-Cu-N(His) inter-peptides

pH peptide HG12 nanotube N pH 6 N pH 8

pH < 8 monocristaux monodisperses de Pt (Ø ≈ 12 nm) J. Mater. Chem. 14 (2004) 739 Greffage du peptide ‘ His-Pro-Gly-Ala-His ’ pour favoriser la fixation du Pt pH < 8 monocristaux monodisperses de Pt (Ø ≈ 12 nm) pH > 8 revêtement quasi continu

couche continue monodisperse t = 95% Ø ≈ 12 nm - t = 65% pH 4 pH 10 NT sans peptide pH 4 monodisperse Ø ≈ 12 nm - t = 65% couche continue t = 95% % pH 4 sites de fixation 1 seul site de fixation Taux de couverture en fonction du pH

glycine proline histidine alanine

fixation des ions Pt2+ Pt/ac. aminé = 1 greffage du peptide 24 h pH 4,5 24 h greffage du peptide fixation des ions Pt2+ Pt/ac. aminé = 1 Pt/ac. aminé = 4 réduction 20

sur les azote imidazole de l’histidine fixation des ions Pt2+ pH > 8 fixation des ions Pt2+ sur les azote imidazole de l’histidine fixation des ions Pt2+ sur les carboxylates de l’histidine pH < 8 histidine Pt2+ histidine Pt2+ interaction électrostatique complexation par ligand azoté

complexation par l’azote des groupements En milieu basique complexation par l’azote des groupements imidazole de l’histidine - amide de la glycine et alanine fixation à pH acide alanine glycine histidine

complexation par l’azote des groupements En milieu basique complexation par l’azote des groupements imidazole de l’histidine - amide de la glycine et alanine fixation à pH basique alanine glycine histidine 1 2 3 4

pH > 8 4 sites de fixation couche continue pH < 8 1 seul site de fixation nanocristaux pH 10 pH 4

Croissance orientée de nanocristaux d’Ag hexagonaux sur des peptides JACS 125 (2003) 14837 Nature Materials 1 (2002) 169 Croissance orientée de nanocristaux d’Ag hexagonaux sur des peptides Les peptides servent de support mais peuvent aussi orienter la cristallisation AG4 25

1. fixation des peptides sur des clusters d’ions Ag+ 2. réduction Ag+ Ag0 3. fixation sélective des peptides sur certaines faces du cristal d’Ag 4. croissance de cristaux hexagonaux - face [111]

fonctionalisation des nanotubes de carbone avec la poly lysine S. Sundhar Bale et al. Adv. Mater. 19 (2007) 3167 fonctionalisation des nanotubes de carbone avec la poly lysine fixation de AgNO3 puis réduction par NaBH4 Ag+ H2N lysine

H. Matsui et al. JACS 124 (2002) 13660 formation de fils d’or constitués de nanoparticules déposées à la surface de nanotubes greffage de peptides riches en groupements histidine à la surface des nanotubes fixation puis réduction des ions Au+ histidine

complexation de l’or par les ‘N’de l’histidine

Nanocristaux monodisperses 30 MET Nanocristaux monodisperses Ø ≈ 6 nm Nanoparticules d’or à la surface d’un nanotube Les sites de fixation ‘histidine’ sont séparés de 6,4 nm à la surface des nanotubes particules d’or à la surface d’un nanotubes sans histidine distribution beaucoup plus irrégulière Ø ≈ 4 à 30 nm

Fonctionalisation des extrémités des nanotubes par masquage H. Matsui et al. Nano Letters 3 (2003) 283 Fonctionalisation des extrémités des nanotubes par masquage Greffage de fonctions thiols à la surface des nanotubes pour pouvoir fixer l’or

fixation de nanoparticules d’or à la surface des nanotubes fixation de l’avidine puis élimination des particules d’or la biotine ne se fixe que sur l’extrémité des nanotubes où reste l’avidine

nanotube recouvert d’or après élimination du film d’or seules les extrémités sont marquées nanotube recouvert d’or après élimination du film d’or marqueur fluorescent se fixant spécifiquement sur l’avidine

Fixation spécifique des nanotubes sur les électrodes Au-biotine les nanotubes ne se fixent que par les extrémités

fixation de nanoparticules d’or sur le filament d’actine F. Patolsky et al. nature materials 3 (2004) 692 35 fixation de nanoparticules d’or sur le filament d’actine grossissement catalytique des nanoparticules film continu d’or Au3+ - NH2OH

AFM nanofil d ’or électrode filament nano-circuit caractéristique courant-tension

fil continu fil nanostructuré

Déplacement des filaments Au-Actine sur une surface de myosine (après addition d’ATP) secondes 5 10 15 La partie dénudée (actine) est en interaction avec la mysosine actine or nano-moteur