Biomolécules et Matériaux Nanostructurés

Présentation au sujet: "Biomolécules et Matériaux Nanostructurés"— Transcription de la présentation:

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

6 Les mésocristaux

7 cristal mesocristal

8 DHBC = Double Hydrophilic Block Copolymers
BaSO4 BaCO3

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

10 10 Functional Group semi conducteurs métaux S COO- NH2

11 Couplage antigène-anticorps
interactions spécifiques antigène-anticorps

12 L’organisme produit des anticorps pour lutter
contre l’agression de corps étrangers (antigène) Antigènes bacterie virus Anticorps anticorps antigène Reconnaissance spécifique ‘ antigène-anticorps’

13 L’anticorps reconnaît certaines fonctions (épitopes)
à la surface de l’antigène X Haptène molécule trop petite pour jouer le rôle d’antigène doit être associée à une protéine (albumine) X Bovine Serum Albumin anticorps anti-X Reconnaissance spécifique de X

14 Le couple biotine - streptavidine
Formation d’un complexe très stable biotine Biotine (vitamine H, B1) coenzyme Avidine : glycoprotéine du blanc d’oeuf

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) 147 Assemblage 2D ou 3D de nanoparticules métalliques + anti-corps antigène (haptène)

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

17 Greffage d’anticorps anti-DNP sur les particules métalliques
IgE haptène Au Agent de couplage Précipitation quand on ajoute l’agent de couplage antigène = DiNitroPhénol anti-corps = IgE anti-DNP

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

19 Association de nanoparticules cylindriques ≠ sphériques

20 Greffage de 2 anticorps différents
1 2 IgE anti-DNP NO2 IgG anti-biotine Agent de couplage

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

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

23 Nanotubes peptidiques matériaux nanostructurés
2007 Nanotubes peptidiques et matériaux nanostructurés

24 20 acides aminés

25

26 25

27 Liaison peptidique

28 polypeptide Structure primaire

29

30 Structure primaire Structure secondaire

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
35 Formation de nanotubes à partir de peptides cycliques s’empilent pour former des nanotubes

36 d’acides aminés ‘droit’ et ‘gauche’
liaisons hydrogène liaisons hydrogène Reza Ghadiri et al. Nature 366 (1993) 324 assemblage d’acides aminés ‘droit’ et ‘gauche’

37 vue le long de l’axe a vue le long de l’axe 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 Canaux trans membranaires pour le transport des ions

39 D-Alanine + L-Glutamine

40 40 glutamine phénylalanine

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

42 + - + - + - + - + - + - - + - + - + - + - + - +
Formation de nanotubes à partir de peptides linéaires séquences alternées d’acides aminés négatifs et positifs attractions électrostatiques

43 lysine arginine positif (NH3)+ ac. glutamique ac. aspartique
négatif (COO)- -

44 - - - - - - - - Peptides ‘ Lego ’ feuillets b
ac. aspartique surface supérieure hydrophile surface inférieure hydrophobe CH3 COO- EAK16-I alanine hydrohobe hydrophile

45 les peptides s’organisent en fibrilles
45 hydrohobe hydrophile En milieu aqueux les peptides s’organisent en fibrilles

46 Formation de nanotubes via les interactions p-p
Rôle des groupements aromatiques Formation de nanotubes via les interactions p-p

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

48 diphénlyl alanine diphénlyl glycine alanine glycine

49 100 nm cystéine Cys

50 deux types d’interactions orthogonales
50 deux types d’interactions orthogonales Interactions p-p Ponts S = S SH f

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52 en milieu aqueux la tête polaire est vers l’extérieur
Peptides amphiphiles Formation de nanotubes en milieu aqueux la tête polaire est vers l’extérieur

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

54 Différentes morphologies formées selon le coefficient P

55 La longueur du peptide augmente avec le nombre d’acides aminés
55 hydrophile hydrophobe

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

57 Réseau de nanotubes formées à partir de peptides amphiphiles

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

59 Ces nanotubes servent de ‘templates’
pour l’élaboration de nanomatériaux inorganiques

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

61 Peptides Bolaamphiphiles
molécules présentant 2 têtes polaires liées par une chaîne hydrophobe Une fonction carboxylate hydrophile à chaque extrémité Spacer = chaîne hydrocarbonée hydrophobe (CH2)n

62

63 Auto-assemblage en solution pour donner des nanotubes

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65 Liaisons hydrogène groupes acides groupes amides

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

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

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

69 -COO- -COOH