Auto-association et assemblage hiérarchisé

La dénaturation thermique du collagène est un processus irréversible. En refroidissant une solution de collagène dénaturé, sous sa température de dénaturation, on observe une renaturation partielle des chaînes α en triples hélices. Les chaînes α ne parviennent pas à se réassocier sur toute leur longueur (voir figure 1). Pour la gélatine, on observe le même phénomène. C’est, par ailleurs, la reformation de domaines en triple hélice qui est à l’origine de la réticulation des gels de gélatine [2].

La formation des triples hélices de gélatine dépend de nombreux paramètres : la concentration en gélatine, la taille moyenne des polypeptides, leur polydispersité, la vitesse de refroidissement, la température, etc [11, 15]. Ce processus s’effectue en deux étapes [16] :

- La nucléation. Il s’agit de l’étape cinétiquement limitante. Elle consiste en la formation d’une double hélice. En fonction de la concentration en gélatine, la double hélice peut-être intrachaîne (régime dilué), interchaîne (régime concentré) ou un mélange des deux (régime semi-dilué). Dans le cas d’une hélice intrachaîne, son établissement induit la formation d’une boucle intramoléculaire; une conformation énergétiquement défavorable (voir figure 4). Les chaînes de gélatine hautement enchevêtrées facilitent la nucléation. Or la concentration critique d’enchevêtrement d’un polymère est directement reliée à sa masse moléculaire moyenne : plus les chaînes sont courtes et plus la concentration critique d’enchevêtrement est élevée. Par conséquent, les lots de gélatine

Boucle intramoléculaire Nucléation Enroulement Chaine α SD D ou^SD D : régime dilué SD: régime semi-dilué C: régime concentré

constitués de petites chaînes peuvent difficilement former des nuclei et ont ainsi un pouvoir gélifiant faible (voir inexistant).

- L’enroulement. Il s’agit d’une étape rapide qui se produit dès l’apparition d’un nucleus. Une chaîne α s’enroule alors autour du nucleus pour former une triple hélice. En fonction de la provenance du troisième brin, on peut décrire des triples hélices formées d’une chaine α (deux boucles intramoléculaires), de deux chaines α (une boucle intramoléculaire) ou de trois chaines α (voir figure 4).

A la première phase de formation de segments courts de triples hélices succède ensuite une phase longue de réarrangement et d’élongation de ces triples hélices [17] sans toutefois parvenir à une renaturation complète du collagène.

Figure 4 : La trimérisation de la gélatine. Le processus s’effectue en 2 étapes : la nucléation et l’enroulement. Les triples hélices peuvent se former entre 1, 2 ou 3 chaîne(s) en fonction de la concentration en gélatine. La formation de boucles intramoléculaires étant énergétiquement défavorable, les triples hélices à 3 chaînes α sont les plus stables.

La gélatine, ne pouvant reformer de longs bâtonnets semi flexible, elle perd deux des propriétés d’auto-association du collagène :

- La fibrillation à pH neutre/basique

- La formation de phases cristalline-liquide lyotropes

En effet, à ma connaissance, nul n’a jamais rapporté la possibilité de former des phases cristalline-liquide à partir de solutions de gélatine. Entre ces

deux extrêmes, le collagène et la gélatine, nous avons montré, au cours de cette thèse, qu’il existe une multitude de structure. L’étude de l’effet de la gélatine sur les phases denses et organisées de collagène fait l’objet de cette partie. Avant de décrire les mélanges collagène/gélatine, il est toutefois nécessaire de faire quelques rappels sur les cristaux liquides et, en particulier, sur les cristaux liquides de collagène.

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