Etude de l'action bioprotectrice des sucres : une investigation par dynamique moléculaire et spectroscopie Raman

Study of the bioprotective action of sugars : an investigation by molecular dynamics and Raman spectroscopy

• Auteur / Autrice : Adrien Lerbret
• Direction : Marc Descamps, Alain Hedoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie Raman

Dynamique moléculaire

Stabilité

Lysozyme

Hydratation

Liaisons hydrogène

Protéines -- Dénaturation (chimie)

Disaccharides

Mots clés libres

Tréhalose

Résumé

Soumis aux contraintes environnementales très sévères de température et de sécheresse rencontrées dans les milieux hostiles (pôles, déserts arides, etc. ), certaines plantes, insectes et microorganismes synthétisent en grande quantité des disaccharides (C12H22O11) tels que le sucrose ou le tréhalose. Dès lors, ils sont capables de survivre à des périodes prolongées dans ces conditions extrêmes. Ce phénomène fait actuellement l'objet de recherches accrues, notamment pour ses applications dans les industries pharmaceutique et agro-alimentaire (conservation de médicaments et d'aliments). De nombreuses études expérimentales et numériques suggèrent une efficacité supérieure du tréhalose par rapport au sucrose et autres excipients, et nombreuses sont les hypothèses avancées pour expliquer les mécanismes responsables de cette « bioprotection » : vitrification du milieu cellulaire et/ou substitution de l'eau d'hydratation des molécules biologiques, destructuration du réseau de liaisons hydrogène (LHs) de l'eau, etc. Néanmoins, aucune ne s'est révélée pleinement satisfaisante. Afin de chercher à comprendre les mécanismes moléculaires en jeu, nous avons étudié par des simulations de dynamique moléculaire et par des expériences de spectroscopie Raman des solutions aqueuses de tréhalose, maltose et sucrose, trois disaccharides stéréoisomères à différentes températures et concentrations, des mélanges ternaires dans lesquels une protéine globulaire modèle, le lysozyme, se trouve en présence des trois sucres étudiés.

L'analyse de divers paramètres montre que le tréhalose induit une plus grande déstructuration du réseau de LHs de l'eau au-delà d'une concentration de 40-50 % pds, à laquelle le réseau de LHs des trois sucres percole. En outre, le nombre d'hydratation des sucres et le nombre de LHs sucre sembleraient indiquer que les solutions de tréhalose sont plus '' homogènes '' que celles de sucrose et de maltose, pour des concentrations entre 33 et 66 % pds. Nous avons également localisé les zones d'interaction des sucres avec le lysozyme et montré par spectroscopie Raman que le tréhalose le stabilise davantage que le sucrose et le maltose. Enfin, la confrontation de nos résultats avec les différentes hypothèses de la littérature suggère qu'elles ne sont pas nécessairement antagonistes, mais plutôt qu'elles s'appliquent à différentes gammes de température et/ou de concentration en sucre.