Le travail de l'hémoglobine semble être assez simple :elle transporte les molécules d'oxygène dans la circulation sanguine. Mais cela ne fonctionne que si bien parce que la molécule d'hémoglobine est extrêmement complexe. Il en va de même pour la chlorophylle, qui convertit la lumière du soleil en énergie pour les plantes.

Afin de comprendre les subtilités de ces molécules complexes, cela vaut la peine d'étudier des structures similaires mais plus simples en laboratoire. Chercheurs de TU Wien (Vienne) et Trieste, étudié les phtalocyanines, qui ont une structure d'anneau moléculaire ressemblant étroitement aux sections cruciales de l'hémoglobine ou de la chlorophylle. Il s'avère que le centre de ces structures annulaires peut être commuté dans différents états sous la lumière verte, ce qui affecte leur comportement chimique.

Non seulement cela aide à comprendre les processus biologiques, il ouvre également de nouvelles possibilités pour utiliser les astuces de la nature en laboratoire à d'autres fins, une stratégie appelée biomimétique qui prend de plus en plus d'importance.

Anneaux avec des atomes de métal au centre

"Les phtalocyanines que nous étudions sont des colorants colorés avec une structure annulaire caractéristique, ", explique le professeur Günther Rupprechter de l'Institut de chimie des matériaux de l'Université de technologie de Vienne. "Ce qui est crucial pour cette structure annulaire est qu'elle peut contenir un atome de fer en son centre, tout comme l'hème, le colorant rouge en forme d'anneau dans l'hémoglobine. La chlorophylle a un anneau similaire qui capture les atomes de magnésium. "

Contrairement aux molécules naturelles plus complexes, les colorants phtalocyanines sur mesure peuvent être régulièrement placés côte à côte sur une surface, comme des carreaux sur un mur de salle de bain. "Les anneaux ont été placés sur une couche de graphène selon un motif régulier, de sorte qu'un cristal bidimensionnel d'anneaux de teinture a été créé, " dit Matteo Roiaz, qui a mené les expériences avec Christoph Rameshan.

"Cela a l'avantage de pouvoir examiner plusieurs molécules en même temps, ce qui nous donne des signaux de mesure beaucoup plus forts, " explique Rameshan.

Les molécules de monoxyde de carbone ont servi de sondes pour étudier ces anneaux :une molécule peut s'attacher à l'atome de fer, qui est maintenu au centre de l'anneau. De la vibration de la molécule de monoxyde de carbone, on peut obtenir des informations sur l'état de l'atome de fer.

Pour étudier la vibration, la molécule a été irradiée avec de la lumière laser verte et infrarouge. Cette mesure a donné un résultat qui semblait fortement contre-intuitif à première vue :« Nous n'avons pas simplement mesuré une seule fréquence vibratoire de monoxyde de carbone. Au lieu de cela, nous avons trouvé quatre fréquences différentes. Personne ne s'y attendait, " dit Günther Rupprechter. " Les atomes de fer sont tous identiques, les molécules de CO qui y sont attachées devraient donc toutes montrer exactement le même comportement. »

Comme ça s'est apparu, la lumière verte du laser était responsable d'un effet remarquable. En premier, tous les atomes de fer étaient en effet identiques, mais l'interaction avec le feu vert peut les faire basculer vers différents états. "Cela modifie également la fréquence d'oscillation de la molécule de CO sur l'atome de fer, ce qui nous montre avec quelle sensibilité de telles structures réagissent à de minuscules changements, " dit Günther Rupprechter. " C'est aussi la raison pour laquelle les biomolécules de notre corps ont une structure si complexe - les composants protéiques largement ramifiés ont un impact minimal sur les états de l'atome de métal, mais cet impact minimal peut avoir des implications très importantes."

Mesure à température ambiante et pression atmosphérique

Jusqu'à maintenant, des effets similaires n'ont pu être étudiés qu'à des températures extrêmement basses et sous ultravide. "Dans le laboratoire, nous avons maintenant deux méthodes dans lesquelles de tels phénomènes biologiquement pertinents peuvent être mesurés à la température ambiante et à la pression atmosphérique, avec et sans feu vert, " souligne Rupprechter. Cela ouvre de nouvelles possibilités pour une meilleure compréhension du comportement chimique des substances biologiques; cela pourrait également ouvrir la possibilité d'adapter de nouvelles molécules afin de les optimiser à des fins chimiques spécifiques à la nature.