L'éclosion contrôlée d'une fleur moléculaire
Faire varier la conformation(*) 3D des macromolécules naturelles comme les protéines a une incidence directe sur leurs fonctions biologiques. Cela est possible grâce à un stimulus externe qui provoque la rupture ou la formation d’interactions faibles au sein de la structure. Cependant le contrôle de la conformation est extrêmement difficile. Des chercheurs du Laboratoire de chimie de coordination de Toulouse (CNRS), du Laboratoire interfaces et systèmes électrochimiques (CNRS/UPMC/Sorbonne Universités) et du Laboratoire de chimie moléculaire (CNRS/Université de Strasbourg) ont montré qu’il était possible d’induire le dépliement de macromolécules synthétiques par action de divers stresses externes, comme l’éclosion d’une fleur. Ce travail a fait l’objet d’une publication dans la revue Chemistry – a European Journal.
Le contrôle de la conformation d’une macromolécule synthétique grâce à l’action indépendante de stimuli thermique, électrochimique ou chimique, permet de moduler les propriétés ou les fonctions de cette molécule car elles dépendent de cette conformation.
C’est ce que sont parvenus à réaliser des chercheurs du Laboratoire de chimie de coordination de Toulouse. Ils ont synthétisé une macromolécule constituée d’un cœur macrocyclique entouré par dix métalloporphyrines de zinc périphériques (Figure 1). En refroidissant le milieu, on favorise l’interaction entre le zinc et le ligand pontant (triazole) qui relie le cœur et les métalloporphyrines, forçant ainsi la molécule à se replier sur elle-même (Figure 1 et 2). A l’inverse, une élévation de la température contribue à affaiblir ces liaisons pour finalement les rompre induisant ainsi le dépliement complet de la molécule, comparable à l’éclosion d’une fleur. Ces changements de conformation en fonction de la température sont analogues aux processus de dénaturation réversible de certaines protéines.
L’étude des propriétés électrochimiques de cette fleur macromoléculaire a révélé qu’il était également possible de réaliser ce changement de conformation sous l’effet d’un stress oxydant ou réducteur, en jouant toujours sur la force de l’interaction entre le zinc et le ligand pontant.
Enfin, les auteurs ont montré que l’on pouvait utiliser un stress chimique pour induire l’éclosion de la fleur moléculaire. Il suffit pour cela de la mettre en présence d’un ligand qui se fixe plus fortement sur le métal que ne peut le faire le triazole du pont. Il prend ainsi sa place et empêche les interactions triazole-métal, ce qui a pour conséquence un dépliement de la macromolécule.
Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives quant à l’élaboration de système macromoléculaires plus complexes dont les propriétés ou les fonctions pourront être modulées suivant la forme adoptée par la molécule.
(*)Forme générale de la macromolécule résultant d’interactions faibles entre différents de ces éléments.
Référence
Thi Minh Nguyet Trinh, Iwona Nierengarten, Haifa Ben Aziza, Eric Meichsner, Michel Holler, Matthieu Chessé, Rym Abidi, Christian Bijani, Yannick Coppel, Emmanuel Maisonhaute, Béatrice Delavaux-Nicot & Jean-François Nierengarten
Coordination-Driven Folding in Multi-ZnII-Porphyrin Arrays Constructed on a Pillar[5]arene Scaffold
Chem. Eur. J. 24 juillet 2017
DOI: 10.1002/chem.201701622