Thèse soutenue

Fluctuations de membranes actives

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Auteur / Autrice : JEAN-BAPTISTE MANNEVILLE
Direction : Jacques Prost
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences biologiques fondamentales et appliquées
Date : Soutenance en 1999
Etablissement(s) : Paris 7

Résumé

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La bicouche lipidique constitue l'architecture de base des membranes des cellules biologiques et a souvent ete utilisee comme modele physique simple de membrane biologique. Cependant, la physique des membranes cellulaires est compliquee par la presence de proteines qui exercent une activite hors equilibre dans la membrane : les membranes biologiques sont des membranes actives. Nous presentons un modele theorique qui prend en compte de facon simplifiee l'activite hors equilibre caracteristique d'une membrane biologique. Grace a ce modele, nous etudions les effets de l'activite sur les fluctuations de forme d'une membrane. Le modele prevoit une amplification des fluctuations lorsqu'un bruit hors equilibre s'ajoute au bruit thermique. Si une membrane active fluctue pres d'une paroi, on s'attend a l'apparition d'une nouvelle force repulsive dont la portee peut depasser celle de la force entropique de helfrich qui s'exerce sur une membrane a l'equilibre thermodynamique. Nous avons teste ces previsions theoriques a l'aide d'un modele experimental de membrane active. La bacteriorhodopsine, une pompe a protons activee par la lumiere, peut etre incorporee dans la bicouche lipidique de vesicules geantes unilamellaires. La technique d'aspiration par micropipette permet de quantifier l'exces de surface du aux fluctuations de forme d'une vesicule quasi-spherique. Nous avons pu mettre en evidence une forte augmentation de l'exces de surface de la vesicule lorsque la bacteriorhodopsine est active. Ces resultats experimentaux sont en accord qualitatif avec le modele theorique, qui permet aussi de bien rendre compte de l'ordre de grandeur de l'effet observe. L'ensemble de ces resultats montre que l'activite hors equilibre modifie qualitativement et quantitativement les fluctuations de forme des membranes lipidiques. Il parait donc indispensable de tenir compte des phenomenes hors equilibre en vue d'un modele physique plus complet et realiste des membranes biologiques.