Tous les objets microscopiques, des enzymes aux particules de peinture, tremblent constamment, bombardé par des particules de solvant :c'est ce qu'on appelle le mouvement brownien. Comment ce mouvement change-t-il lorsque l'objet est flexible au lieu de rigide ? Ruben Verweij, Pepijn Moerman, et ses collègues ont publié les premières mesures en Examen physique de la recherche .

Le botaniste Robert Brown a donné son nom aux mouvements nerveux qu'il a vus faire des grains de pollen lorsqu'il les a étudiés en 1827 sous son microscope. Depuis, les propriétés du mouvement brownien ont été intensivement étudiées :elles sont causées par des molécules d'eau à mouvement rapide heurtant les particules à mouvement plus lent, comme cela a été expliqué par Einstein et Perrin au début des années 1900.

Le mouvement brownien affecte également les particules microscopiques biologiques, comme les enzymes, ARN, et des anticorps. La plupart d'entre eux ne sont pas rigides mais flexibles :ils peuvent changer de forme et donc, leur fonction.

Comment cela affecte-t-il leur mouvement brownien ? Les prédictions faites dans les années 1980 n'ont pas pu être testées pendant longtemps, parce que les systèmes modèles expérimentaux avec des changements de forme bien définis, assez grand pour être observé, n'existait pas encore.

Billes de taille micrométrique

Cela change avec la publication de Verweij et Moerman, une collaboration avec Willem Kegel, Jan Groenewold et Alfons van Blaaderen de l'Université d'Utrecht. "Nous avons construit le système modèle le plus simple imaginable pour les objets flexibles de taille micrométrique, que vous pouvez également étudier au microscope optique, " dit Verweij.

Le groupe de Daniela Kraft utilise des colloïdes :des billes de la taille d'un micromètre qui se déplacent dans l'eau et qui peuvent être observées au microscope. Le groupe a développé une méthode pour enrober des colloïdes dans une bicouche lipidique avec des molécules d'ADN insérées, qui peut se coupler sélectivement à des molécules d'ADN autour d'une autre particule colloïde. Cela crée une charnière qui peut changer librement de forme car la bicouche lipidique autour des particules est fluide.

Une série de trois colloïdes, couplé de cette manière, est le système modèle. « Il est facile de voir la flexibilité au microscope, en suivant l'angle que font les trois, " dit Verweij. Il a filmé une trentaine de ces triplés pendant qu'ils diffusaient, en mouvement, tournant, et fermeture et ouverture sous le bombardement des molécules d'eau environnantes.

Mode quasi-coquille

Les vidéos ont été analysées, donnant la première comparaison expérimentale entre le mouvement brownien rigide et flexible. Premier résultat :les particules flexibles se déplacent légèrement plus rapidement que les rigides. "C'est une petite différence mais mesurable, environ trois pour cent. Plus important, nous avons trouvé certains couplages entre les changements de forme et les déplacements, " dit Verweij. La signification de ceci est subtile, et Verweij essaie d'expliquer. « Lorsqu'une coquille Saint-Jacques ferme activement sa coquille, il avancera en direction du point d'articulation. Nous avons trouvé une corrélation similaire pour nos minuscules charnières, qui ne bougent que passivement, et appelez cela le mode quasi-pétoncle brownien."

Bien que subtil, les chercheurs observent une corrélation statistique certaine entre l'ouverture et la fermeture brownienne, et le mouvement que fait le triolet. Ces corrélations avaient été prédites, et ont maintenant été finalement confirmés.

Rigide contre flexible

Finalement, les auteurs ont étudié l'effet du temps. Les trimères flexibles en configuration étendue se déplacent plus rapidement le long de leur grand axe que le long de leur petit axe, tout comme les particules rigides. Pour les particules rigides, cet effet disparaît avec le temps en raison de leurs mouvements de rotation. Pour les particules souples, ce processus se produit plus rapidement car ils changent également de forme, ce qui a pour effet d'égaliser cette direction préférée.

La vitesse à laquelle cela se produit, donc, dépend fortement de la flexibilité. "Ça passe d'environ 30 secondes pour les particules rigides à 10 secondes pour les souples, " dit Verweij.

"Des mesures comme celle-ci sont importantes, étant donné que de nombreuses molécules biologiques sont également flexibles, et les interactions entre eux en dépendent. Par exemple, l'ajustement de la serrure et de la clé entre une protéine et un récepteur peut être influencé par les changements de forme brownienne."

Clusters complexes

De plus, les charnières colloïdales flexibles peuvent être utilisées comme modèles pour des molécules simples, où les atomes sont couplés. Mais alors que les molécules ne peuvent pas être résolues à l'aide d'un microscope, les colloïdes peuvent.

Les résultats et les méthodes peuvent finalement être utiles pour la recherche sur les médicaments et les maladies, mais, souligne Verweij, c'est de la recherche fondamentale, visant principalement à comprendre les processus physiques sous-jacents.

« Maintenant, nous aimerions rechercher des clusters plus longs et plus complexes, par exemple de quatre sphères. Dans ce cas, il y a plus de degrés de liberté, ce qui bien sûr rend le comportement encore plus complexe et intéressant."