Détection expérimentale de recrutements longues portées entre biomolécules dues à une force sélective et résonante : étude de faisabilité

Feasibility study of the experimental detection of long-range selective resonant recruitment forces between biomolécules

• Auteur / Autrice : Ilaria Nardecchia
• Direction : Marco Pettini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biophysique
• Date : Soutenance le 12/10/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Alexander Tenenbaum
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marco Pettini, Alexander Tenenbaum, Stéfania Maccari, Francesco Piazza, Stéfano Ruffo, Sébastien Jaeger, Didier Marguet, Pierre Ferrier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéfania Maccari, Francesco Piazza

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie de fluorescence

Biomolécules

Microenvironnement cellulaire

Mots clés libres

Interactions à longue portée

Dynamique des réactions biomoléculaires

Propriétés diffusives des biomolécules

Spectroscopie confocale de fluorescence

Cinétiques de réactions enzymatiques

Long-range interactions

Dynamics of biomolecular reactions

Diffusion properties of biomolecules

Fluorescent correlation spectroscopy

Kinetics of enzymatic reactions

Résumé

Ce travail de thèse parti de l'observation que la maintenance des fonctions cellulaires est basée sur l'orchestration précise d'interactions fonctionnelles entre biomolécules telles que l'ADN, l'ARN et les protéines. Bien que ces processus basiques ne montrent pas généralement une organisation spatiale stricte, ils semblent néanmoins contraints par des schémas dynamiques ou spatiaux précis. Cela pose ainsi la question des forces pouvant, dans un microenvironnement cellulaire, diriger les différents acteurs de processus biochimiques complexes au bon endroit, au bon moment et dans le bon ordre afin d'assurer les fonctions cellulaires essentielles. L'existence de forces sélectives à longue portée de nature électromagnétique, pouvant être responsables de l'extraordinaire efficacité des machineries biomoléculaires, est prédite par la mécanique quantique et l'électrodynamique; par longue portée, nous entendons entre 0.1 à 1 micron, ce qui est bien au delà de celle des forces traditionnelles reconnues comme les forces électrostatiques, de van der Waals-London ou les liaisons hydrogènes. Aucune procédure expérimentale ne fut proposée à ce jour pour confirmer ou infirmer cette hypothèse d'une utilisation efficace de telles forces électromagnétiques dans la matière vivante. Si ces forces sélectives de recrutement à longue portée sont effectivement actives au niveau biomoléculaire, cela constituerait un pas important vers une compréhension des processus et mécanismes cellulaires fondamentaux (expression génique, division cellulaire, signalisation, etc.).

The main subject of the present thesis work stems from the observation that the maintenance of cell functions is based on a precise orchestration of functional interactions between biomolecules such as DNA, RNA and proteins. Although these basic processes generally do not exhibit strict spatial organization, they seem constrained into a very accurate temporal - or dynamic - pattern. This raises the question of what types of physical forces can, in the cellular microenvironments, bring the various actors of complex biochemical processes both in the right place, at the right time and in the right order so as to ensure the essential cellular functions. The existence of selective, long-range forces of electromagnetic nature that may be responsible for the extraordinary efficiency of the biomolecular machineries is predicted by quantum mechanics and electrodynamics ; long-range meaning here of the order of 0.1-1 micron, well beyond the traditionally recognized forces, electrostatic ones, hydrogen bonds, van der Waals-London, etc.). Yet, to date, no experimental test has been proposed to disprove or confirm the hypothesis of an effective exploitation of such electromagnetic forces in living matter. If these selective, long-range recruitment forces were found to be active at the biomolecular level, this would represent an important step forward to the understanding of fundamental cellular processes and mechanisms (gene expression, cell division, signalling, etc.).