Étude du thermotropisme des lipides

Dans le cadre du projet d’étude de phospholipides monofluorés, la bande d’élongation symétrique des groupements méthylènes des chaînes acyle des lipides a été analysée. Cette bande, tout comme la bande d’élongation asymétrique, étant sensible aux changements de température, permet l’étude de la température de transition de phase de phospholipides, une propriété caractéristique de ceux-ci. Cette température correspond à celle à laquelle un lipide passe d’une phase gel ordonnée à une phase fluide, plus désordonnée (Figure 2.1) et permet ainsi d’évaluer l’ordre des lipides au sein d’une bicouche lipidique. Au passage de la transition de phase, les bandes d’élongations des CH2 se déplacent légèrement vers les plus hauts nombres d’onde, tel qu’illustré à la

Figure 2.2. Cela s’explique par l’introduction de conformères gauche au sein de la structure lipidique en phase fluide, qui vibrent à un nombre d’onde légèrement plus élevé que les CH2 en conformation anti, présents dans la phase gel ordonnée (Figure

2.1).

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Mendelsohn, R.; Mantsch, H. H., Fourier transform infrared studies of lipid-protein interaction. In Progress in Protein—Lipid Interactions, Watts, A.; Pont, J. J. H. H. M. D., Eds. Amsterdam, 1986; pp 103-146.

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Figure 2.1. Transition de phase d’un phospholipide d’une phase gel ordonnée à une

phase fluide désordonnée et introduction de conformères gauche.

Figure 2.2. Région des bandes d’élongation des méthylènes des chaînes acyle d’un

phospholipide d’un spectre infrarouge à plus basse (noir) et plus haute (bleu) température que la température de transition de phase.

En portant en graphique le nombre d’onde du maximum de l’une des deux bandes d’élongation des méthylènes en fonction de la température, on obtient une courbe de thermotropisme, tel qu’illustré à la Figure 2.3 pour un échantillon de DMPC, où la température de transition du lipide correspond au point d’inflexion de la courbe. De plus, ce graphique nous informe sur la coopérativité des différentes molécules de phospholipides de l’échantillon, soit la plage de température entre les deux plateaux

Gauche (-) Gauche (+)

Tm

Phase gel Phase fluide Anti 3000 2950 2900 2850 2800 Nombre d’onde (cm-1₎ 0,2 0 0,1 0,3 A bs or ba nc e (U .A .) Élongation asymétrique Élongation symétrique T = 20 C T = 70 C

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correspondants à la phase gel et à la phase fluide. Il s’agit donc de l’intervalle de température requis pour le changement de conformation des molécules de phospholipides d’un échantillon donné. On peut d’ailleurs remarquer à la Figure 2.3 que la DMPC est un lipide qui possède un degré de coopérativité élevée. Dans un cas contraire, si un lipide possède une faible coopérativité, le déplacement des bandes d’élongations se fera plus graduellement en fonction de la température, et donc la transition de phase se fera sur un plus grand intervalle de température.

Figure 2.3. Courbe de thermotropisme de la bande d'élongation symétrique des CH2 de

la DMPC. Figure adaptée de la référence 165.

2.2

Spectroscopie RMN des solides

La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technique de choix pour plusieurs disciplines en chimie et en biochimie. Elle est largement utilisée pour la détermination de structure de composés organiques ou de molécules plus

165 _{Gagnon, M.-C.; Turgeon, B.; Savoie, J.-D.; Parent, J.-F.; Auger, M.; Paquin, J.-F. Org. Biomol. Chem.}

2014, 12, 5126-5135. 2849 2850 2851 2852 2853 2854 0 10 20 30 40 50 60 70 Nombr e d’ onde (c m -1) Température (°C)

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complexes comme des protéines ou des polymères, mais aussi pour l’étude de la structure et de la dynamique de systèmes biologiques. Bien que la spectroscopie RMN à l’état liquide soit plus développée et que son utilisation soit actuellement beaucoup plus répandue, la spectroscopie RMN à l’état solide est une méthode très performante pour l’étude des membranes biologiques. De nombreuses techniques plus ou moins complexes s’appliquant à la RMN des solides ont été développées, permettant, entre autres, d’effectuer des mesures de distances intra et intermoléculaires, d’anisotropie, d’orientation, de diffusion de spin et de temps de relaxation.77

Ces méthodes peuvent être classées dans deux types d’approches.

La première approche consiste en l’étude de spectres de poudre, soit d’échantillons sous forme de poudre ou de système composés de grosses structures peu mobiles à l’échelle de temps de la spectroscopie RMN, tel que des vésicules lipidiques multilamellaires en solution aqueuse. Les spectres ainsi obtenus montrent de larges pics, peu résolus, dû au fait que le déplacement chimique () dépend de l’orientation des molécules par rapport au champ magnétique de l’appareil (anisotropie de déplacement chimique). De telles analyses permettent d’étudier, par exemple, l’orientation de molécules par rapport au champ magnétique, la forme des vésicules multilamellaires formées (par RMN du phosphore-31) ou le degré de perturbation des chaînes acyle des lipides (par RMN du deutérium).35 Dans le cadre de la thèse, la spectroscopie RMN du fluor-19 a aussi pu être mise à profit pour l’étude de l’environnement de cet atome sur les chaînes acyle des phospholipides monofluorés.

La seconde approche implique la restauration de spectres à haute résolution par l’utilisation de la technique de rotation à l’angle magique (MAS) ou par l’étude d’échantillons orientés mécaniquement entre des plaques de verre ou par la formation de bicelles, qui s’orientent spontanément dans le champ magnétique. Ces techniques permettent d’éliminer la composante d’anisotropie de déplacement chimique présente dans la première approche et ainsi, l’obtention de pics étroits.35 Par cette approche, les analyses les plus courantes et qui ont été utilisées au cours de cette thèse consistent en l’étude de l’environnement de différents noyaux présents sur les lipides, dans ce cas le

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phosphore-31 et le fluor-19 ainsi qu’en l’étude de l’orientation de peptides dans des bicouches lipidiques orientées entre des plaques de verre par RMN de l’azote-15.