Une équipe de scientifiques de DESY et de l'Universität Hamburg a franchi une nouvelle étape vers l'imagerie directe de biomolécules individuelles :le groupe dirigé par Jochen Küpper du Center for Free-Electron Laser Science a développé une nouvelle technique expérimentale qui permet la séparation de différentes structures peptidiques dans afin de les analyser et de les imager séparément. Les scientifiques rapportent leur méthode, qui peut finalement être appliqué dans diverses expériences, dans la revue scientifique Angewandte Chemie Édition Internationale .

Les peptides sont une sorte de version courte des protéines, les bêtes de somme de la vie. Les protéines couvrent une grande variété de fonctions dans l'organisme :elles régulent la fonctionnalité des cellules vivantes et sont responsables, par exemple, pour la reproduction des cellules ou le transport de l'oxygène. Cette fonctionnalité étendue est rendue possible par leur structure tridimensionnelle unique. Des changements dans cette structure peuvent considérablement altérer la fonction des protéines, pouvant même conduire à des maladies graves. La structure tridimensionnelle des protéines n'est pas seulement déterminée par la séquence d'acides aminés, mais aussi par des interactions intra-moléculaires telles que des liaisons hydrogène entre différentes parties de la molécule.

Une méthode actuelle pour étudier de telles interactions en détail consiste à étudier de petits peptides isolés, c'est-à-dire des chaînes d'acides aminés simples, en phase gazeuse. Cependant, même les acides aminés simples et les petits peptides peuvent s'organiser en différentes structures tridimensionnelles, ce qu'on appelle les conformateurs. Ce fait rend une analyse détaillée de ces importants blocs de construction biomoléculaires assez compliquée, puisque des techniques telles que la diffraction des rayons X nécessitent des structures tridimensionnelles identiques pour produire des données structurelles à une résolution atomique.

"Notre objectif était donc de développer de nouvelles techniques expérimentales qui produisent des échantillons peptidiques en phase gazeuse avec des structures tridimensionnelles identiques, " déclare Nicole Teschmit du pôle d'excellence CUI (Centre for Ultrafast Imaging) de l'Universität Hamburg, premier auteur de l'étude. L'équipe a utilisé la désorption laser pour produire des faisceaux moléculaires très froids de molécules dipeptidiques intactes, qui ont ensuite été identifiés par spectroscopie laser. À moins 271 degrés Celsius, les différents conformères ne s'interconvertissent plus dans un tel faisceau moléculaire froid. Séparer spatialement les différentes structures, les scientifiques ont utilisé des champs électriques puissants qui interagissent avec les moments dipolaires spécifiques des différents conformères et les dévient vers différentes extensions. Avec cette méthode, les scientifiques ont maintenant réussi à séparer complètement spatialement les deux conformères du dipeptide prototype Ac-Phe-Cys-NH 2 et produire des échantillons purs de l'un ou l'autre conformère en phase gazeuse.

"Nous avons réussi pour la première fois à démontrer des faisceaux moléculaires froids de peptides sélectionnés par des conformères. De tels échantillons permettront l'analyse de processus spécifiques aux conformères avec des techniques générales qui ne peuvent généralement pas différencier les structures, " dit le co-auteur Daniel Horke. De plus, les basses températures des ensembles moléculaires générés permettent de fixer fortement les molécules dans l'espace. Ceci est une condition préalable à l'enregistrement d'images résolues atomiquement de biomolécules, comme le souligne Küpper :« Notre méthode est une étape importante sur la voie d'une imagerie structurelle directe des molécules biologiques.