Avez-vous déjà entendu parler des polarons ? Il s'agit d'une sorte de quasi-particule résultant de l'auto-piégeage d'électrons dans un réseau cristallin vibrant. Les polarons peuvent être exploités pour transporter de l'énergie dans certaines conditions liées aux vibrations relatives des électrons et du réseau lui-même. La théorie expliquant comment les polarons transportent l'énergie dans les cristaux peut être appliquée à de longues molécules appelées polypeptides, qui peuvent se replier en protéines.
Dans une nouvelle étude publiée dans EPJ B , Jingxi Luo et Bernard Piette de l'Université de Durham, ROYAUME-UNI, présentent un nouveau modèle mathématique décrivant comment les polarons peuvent être déplacés de manière dirigée avec une perte d'énergie minimale dans les chaînes peptidiques linéaires, qui ont été utilisées comme proxy pour l'étude des protéines. Le modèle rend donc compte du mécanisme de transport d'énergie expliquant comment l'énergie générée à l'intérieur d'une cellule biologique se déplace le long des protéines transmembranaires vers l'extérieur de la cellule.
Alors comment sont créés les polarons ? Les réseaux cristallins réguliers affichent des vibrations spontanées. La présence d'électrons produit des distorsions localisées de ces vibrations. Lorsque les électrons et le réseau subissent un type particulier d'interaction électromagnétique, ou couplage, le potentiel énergétique de l'électron est abaissé, le piégeant ainsi dans le réseau. Un couplage similaire a lieu entre les polarons et les unités peptidiques dans les polypeptides.
À l'aide de simulations, les auteurs ont découvert que ce qui détermine la capacité des polarons à transporter de l'énergie est en partie lié au degré de symétrie de l'interaction électronique avec le réseau. Une prédiction de leur modèle est qu'un champ électrique constant, utilisé de concert avec des forces aléatoires causées par la chaleur dans l'environnement de la cellule, peut initier et maintenir le mouvement d'un polaron le long d'une chaîne polypeptidique. Et ce champ électrique correspond à la différence de potentiel d'énergie constante que l'on trouve à travers la membrane d'une cellule typique.
