Auto-assemblage de protéines pour la bioélectronique : étude du tranport de charges dans les fibres amyloïdes
Auteur / Autrice : | Anaëlle Rongier |
Direction : | Vincent Forge, Patrice Rannou |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique pour les sciences du vivant |
Date : | Soutenance le 13/02/2018 |
Etablissement(s) : | Université Grenoble Alpes (ComUE) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de chimie et biologie des métaux (Grenoble, Isère, France) - Systèmes moléculaires et nanomatériaux pour l’énergie et la santé (Grenoble ; 2008-....) |
Jury : | Président / Présidente : Franz Brückert |
Examinateurs / Examinatrices : Giorgio Schiro | |
Rapporteur / Rapporteuse : Arianna Filoramo, Benoît Limoges |
Mots clés
Résumé
Les fibres amyloïdes sont des biomatériaux prometteurs pour la bioélectronique, en particulier pour l’interfaçage avec les systèmes biologiques. Ces fibres, formées par l’auto-assemblage de protéines, sont aisément synthétisables et modifiables/fonctionnalisables. Elles possèdent de surcroît des propriétés physiques remarquables notamment en termes de stabilité et de résistance mécanique. Nous avons étudié les mécanismes de conductions de charges dans les fibres formées par la protéine HET-s(218-289), seules fibres amyloïdes dont la structure atomique soit connue. Les échantillons ont été caractérisés électriquement et électrochimiquement sous la forme de films « secs ». L’influence de plusieurs paramètres sur la conductivité, entre autres la température, l’humidité ou encore la lumière, a été investiguée. Nous avons montré que l’organisation de la protéine en fibres permet la mise en place de processus de transport de charges intrinsèques. De plus, l’eau joue un rôle essentiel dans ces mécanismes et les principaux porteurs de charges sont certainement des protons. En parallèle, une simulation de dynamique moléculaire appuyée notamment par des expériences de diffusions des neutrons, a mis en évidence une forte interaction entre l’eau et les fibres. Deux canaux d’eau stabilisés par liaisons hydrogènes se formeraient le long des fibres. Ces derniers peuvent permettre le transport de protons par un mécanisme de type Grotthuss. Des réactions électrochimiques, en particulier l’électrolyse de l’eau, seraient la source des protons transportés grâce aux fibres. Cela conduit à l’instauration d’un courant catalytique à partir d’un seuil de tension de polarisation. Enfin, deux effets photo-électriques ont été observés lorsque les fibres sont irradiées entre 200 et 400 nm. Le premier est un photo-courant qui serait dû à la photolyse de l’eau adsorbée dans les échantillons. Le second, qualifié de « photo-courant inverse », se produit plus spécifiquement à la longueur d’onde de 280nm et seulement en présence de dioxygène. Il engendre une diminution de la conductivité. Cela serait dû à une réaction entre l’état triplet des tryptophanes des fibres et le dioxygène, captant in fine des protons.