CNRS : Centre National de la Recherche Scientifique
Liens utiles CNRSLe CNRSAnnuairesMots-Clefs du CNRSAutres sites
Accueil Département scientifique homme et société : Centre National de la reherche scientifiqueAccueil Département scientifique homme et société : Centre National de la reherche scientifique
  Accueil > Espace communication > En direct des laboratoires >Canaux ioniques

En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

Vers des matériaux auto-adaptables à leur environnement

Des chercheurs de l’équipe « Nanosystèmes Supramoléculaires Adaptatifs » de l’Institut Européen des Membranes (CNRS/Université de Montpellier II/Ecole Nationale Supérieure de Chimie), conduits par Mihail Barboiu, ont montré que l’auto-assemblage de systèmes supramoléculaires confinés au sein de mesopores (a) siliciés pouvait conduire à des systèmes dynamiques présentant des propriétés de transport ionique comparables à celles de protéines membranaires naturelles. Pour obtenir ce résultat, ils ont mis au point des matériaux hybrides dynamiques ouvrant ainsi la voie vers la synthèse de systèmes constitutionnels capables d’optimiser leur propre structure en fonction de leur environnement et de stimuli externes.

 

Les systèmes complexes, composés de différents objets en interaction font partie du monde qui nous entoure. Ils sont de plus en plus nombreux et les recherches menées sur ces objets se situent à l’interface de plusieurs disciplines comme par exemple internet et satellites en sciences de la communication ou systèmes neuronaux en sciences cognitives. Traditionnellement, les chimistes étudient des produits purs, obtenus à partir de mélanges réactionnels. A l’inverse, l’étude des systèmes chimiques en interaction, beaucoup plus complexe, a longtemps été écartée mais des méthodes d’analyse de plus en plus performantes permettent maintenant d’envisager la caractérisation de tels systèmes complexes dynamiques.

La plupart des processus biologiques font intervenir des transports ioniques sélectifs à travers des systèmes protéiques membranaires, c'est-à-dire capables de sélectionner certains ions et d’en favoriser le transport. La Gramicidine A, le KCsA-K+, les Aquaporines représentent quelques exemples de systèmes protéiques dans lesquels des ions ou des molécules d’eau diffusent sélectivement sur des chemins hydrophiles directionnels appelés canaux ioniques(b). Pour comprendre leur fonctionnement, des systèmes artificiels ont été conçus dans l’espoir de mimer la sélectivité, l’adaptabilité et les performances de transport des canaux ioniques naturels. Les chercheurs ont choisi l’auto organisation pour tenter de construire de tels canaux ioniques synthétiques.(1)

Ils ont synthétisé des matériaux hybrides(c) dans lesquels des pores de silice inorganique orientés sont utilisés comme matrice d’accueil directionnelle pour des molécules auto-organisées de type éther-couronne.(d) (2, 3) Les pores de silice hydrophobes servent d'échafaudage pour des édifices supramoléculaires tubulaires dans lesquels va pouvoir s’effectuer le transport des ions (canal ionique).

La matrice inorganique étant hydrophobe, l’interaction matrice de silice-matière organique est faible et réversible : la structure de la matière organique qui constitue les canaux ioniques peut donc parfaitement se modifier et s’adapter à la présence de différents ions.  De plus, grâce à cette facilité d’adaptation, on observe une amélioration importante des performances de ces canaux en terme de vitesse de transport et de sélectivité vis-à-vis des ions, capables de reconnaissance lorsqu’on est en présence de mélange d’ions.

Par leur aptitude à modifier leur structure en réponse à des stimuli externes comme la présence d’ions pour devenir plus performants, ces matériaux capables d’adaptation ouvrent des perspectives nouvelles. En imitant parfaitement les canaux ioniques naturels, ils sont susceptibles d’intéresser les biologistes dans des domaines comme la séparation chimique, le relargage ou le captage de principes actifs.

 

transport ionique

© Barge Nicolas

 

(a) Pore dont la taille varie de 1,8 à 10 nm.
(b) Canal ionique : protéine membranaire perméable aux ions et molécules d’eau.
(c) Matériaux hybrides : mélange homogène de briques inorganiques (silice, oxydes métalliques) et de composants organiques (molécules fonctionnelles, polymères)
(d) Ether-couronne : molécules de forme circulaire formés des oligomères cycliques d’oxyde d’éthylène.

 

(1) a) C. Arnal-Hérault, A. Banu, M. Barboiu, M. Michau, A. van der Lee, Amplification and transcription of the dynamic supramolecular chirality of the G-quadruplex, Angew. Chem. 2007, 119, 4346-4350; Angew. Chem. Int. Ed., 2007, 46, 4268-4272; b) M. Michau, M. Barboiu, R. Caraballo, C. Arnal-Hérault, P. Periat A. van der Lee, A. Pasc, Ion-Conduction Pathways in Self-Organized Ureidoarene heteropolysiloxane Hybrid Membranes, Chem. Eur. J. 2008, 14, 1776-1783; c) A. Cazacu, C. Tong, A. van der Lee,  T.M. Fyles, M. Barboiu, Columnar Self-Assembled Ureidocrown-ethers – an Example of Ion-channel Organization in Lipid Bilayers, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128(29), 9541-9548.
(2) A. Cazacu, Y.M. Legrand, A. Pasc, G. Nasr, A. van der Lee, M. Barboiu, Dynamic hybrid materials for constitutional selective membranes, Proc. Natl. Acad. Sci., 2009, 106, 8117-8122.
(3) http://www.pnas.org/content/106/20/8117.full.pdf+html (open access article)

 

Référence

Dynamic hybrid materials for constitutional self-instructed membranes
Adinela Cazacu, Yves-Marie Legrand, Andreea Pasc, Gihane Nasr, Arie Van der Lee, Eugene Mahon, and Mihail Barboiu
PNAS, 106, 8117-8122,  19 mai 2009.

 

Contact chercheur

Dr. Mihail Barboiu
Institut Européen des Membranes -UMR CNRS 5635
Adaptative Supramolecular Nanosystems Group,
Montpellier
Tel : +33-(0)4-67149195
Fax : +33-(0)4-67149119
Mél : barboiu@iemm.univ-montp2.fr

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Martine Hasler

 

6 juillet 2009

Les actualités d'autres laboratoires
Accueil du Sitecontactimprimer Plan du sitecredits