Accueil du site > Vie de la recherche > Actualités scientifiques > Actualités 2013




Recherchez sur ce site


Des nanopores en forme de sablier pour optimiser les échanges d’eau cellulaires

23 octobre 2013

Ecoulement , Proteine , ILM - UMR5306 , nanophysique , biophysique

La forme en sablier des pores formés par les aquaporines pourrait expliquer l’efficacité remarquable avec laquelle ces protéines conduisent l’eau au travers des parois cellulaires dans lesquelles elles sont insérées.

GIF - 2.3 ko
Télécharger le PDF

Nos reins sont capables de filtrer l’équivalent de plusieurs centaines de litres d’eau par jour grâce aux aquaporines. Ces protéines s’insèrent dans les membranes de nos cellules et y forment des pores, de diamètre intérieur inférieur au nanomètre, au travers desquels ne circulent que des molécules d’eau se déplaçant en file indienne. Malgré les nombreux travaux sur les détails moléculaires du transport au sein du pore, l’efficacité avec laquelle les aquaporines conduisent l’eau est encore très mal comprise. Les mécanismes internes étudiés ne sont en effet pas les seuls à intervenir : la perméabilité d’un canal est aussi fortement déterminée par la dissipation visqueuse au niveau des connexions entre le canal interne nanométrique et l’intérieur ou l’extérieur de la cellule. Une modélisation numérique des écoulements d’entrée et sortie du pore a permis à des physiciens de l’Institut Lumière Matière - ILM (CNRS / Univ. Lyon 1) de montrer que la forme conique des entrées, avec un angle d’ouverture adéquat, augmente jusqu’à un ordre de grandeur la perméabilité globale d’un canal de taille nanométrique. Les angles optimaux extraits du modèle développé par les chercheurs sont en très bon accord avec les angles d’ouverture mesurés pour une large variété d’aquaporines. Ce travail est publié dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Pour parvenir à ces résultats, les physiciens ont mis en œuvre une stratégie mixte combinant modèle analytique et calculs numériques. Les chercheurs ont tout d’abord analysé les effets physiques dominants dans chacune des zones du pore : le couplage entre le cône et l’extérieur, l’écoulement dans le cône et le couplage entre le cône et le nanocanal. Disposant alors de la dépendance analytique de la résistance hydrodynamique de ces régions en fonction des divers paramètres et notamment de l’angle du cône, les physiciens ont mis en œuvre une simulation numérique par éléments finis pour déterminer quantitativement les coefficients numériques intervenant dans leur modèle. Leurs résultats montrent que la forme de cône réduit la dissipation totale dans les zones de transition extérieur-cône et cône-cylindre, pour des angles de cône étonnamment faibles (entre 10 et 30 degrés). Ces valeurs, en accord avec les angles mesurés expérimentalement sur une large variété d’aquaporines, suggèrent que la forme de ces protéines pourrait être le résultat d’un processus de sélection naturelle permettant d’optimiser le transport hydrodynamique. Dans une perspective biomimétique, ce travail fournit des pistes pour l’optimisation des performances de membranes impliquant des nanopores artificiels. La perméabilité hydrodynamique est en effet une propriété cruciale pour les applications de désalinisation, d’ultrafiltration ou de récupération d’énergie.

GIF - 55.7 ko
La forme de sablier des aquaporines permet d’optimiser leur perméabilité à l’eau
© iLM - Simon Gravelle

En savoir plus

Optimizing water permeability through the hourglass shape of aquaporins, S. Gravelle, L. Joly, F. Detcheverry, C. Ybert, C. Cottin-Bizonne et L. Bocquet, PNAS, 110 (41), 16367–16372 (2013).

Contact chercheur

Laurent Joly, Maître de conférences à l’Université Claude Bernard Lyon 1

Informations complémentaires

Institut Lumière Matière (ILM)

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Simon Jumel,
inp-communication cnrs-dir.fr