Transport et mécanique de systèmes membranaires biomimétiques

Transport and mechanics of biomimetic membrabe systems

• Auteur / Autrice : Sunita Chatkaew
• Direction : Marc Leonetti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes complexes
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences - Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE) (Marseille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Membranes (biologie)

Transport biologique

ADN

Biomécanique

Résumé

Cette thèse est une étude interdisciplinaire du couplage entre transport et mécanique de systèmes membranaires biomimétiques. La forme et les fluctuations de vésicules sont gouvernées à l'équilibre par la gravité, la force d'interaction entre la membrane et le substrat (adhésion) et les fluctuations thermiques de la membrane (force d'Helfrich). Une premiµere partie concerne la dynamique de deadhésion d'une vésicule placée au point de stagnation d'un écoulement hydrodynamique. Cette configuration permet de s'affranchir du "rolling". L'apparition d'un "lag time " pendant le décollement afin d'augmenter l'épaisseur du film liquide entre le substrat et la vésicule a été observé pour des vésicules gonflées et peu dégonflées. Après cette phase, le rayon de l'aire de contact diminue vers zéro en un temps fini suivant une loi de puissance 1/2. Lorsque les fluctuations thermiques sont importantes, des tubes lipidiques puis des perles apparaissent pendant l'aspiration. Dans une seconde partie, la contribution de l'activité électrique à la mécanique membranaire est étudiée. Pour cela, le problème est réduit à celui d'une membrane perméable à un ion et donc soumise à la différence de potentiel de Nernst. Par un schéma de linéarisation et un développement aux grands rayons de courbure, nous montrons que le module élastique de courbure est augmentée tandis qu'une courbure spontanée apparaît. La gamme de tailles s'étend de quelques dizaines de microns à moins d'un micron, une échelle pertinente pour les systèmes biomimétiques. Finalement, dans une troisième partie, le transport de l'ADN à travers le nanopore biologique (VDAC) est étudié. Sa fonction et ses caractéristiques dans l'état ouvert et de sous-conductance sont déterminées par la technique d'électrophysiologie sur canal unique. Sous forme de plasmide, l'ADN affecte le comportement du VDAC mais ne traverse pas. Cependant, l'interaction entre le VDAC et l'ADN linéaire conduit à un état de courant nul, caractéristique du passage de l'ADN. La thèse s'organise ainsi : membrane lipidique sous contraintes, transport et mécanique membranaire, transport d'ADN

The interdisciplinary study of transport and mechanics of biomimetic membrane system is reported in this dissertation. Several equilibrium forms and fluctuations of vesicles are governed by the interplay of gravitational force, interaction force between the membrane and the substrate (adhesion) and thermic fluctuations (Helfrich force). Firstly, the deadhesion dynamics of a vesicle on a stagnation point by a hydrodynamical force is observed and characterized. Then, the rolling is not considered in this configuration. The appearance of "lag time" during the deadhesion to increase the medium thickness between the membrane and the substrate is observed for inflated and slightly deflated vesicles. The radius of the contact area diminishes in time and follows the 1/2 power law. As the thermic fluctuation dominates, the aspiration leads to some lipidic tubes and pearl instability. Secondly, the contribution of the electric activity to the mechanics of the membrane is studied. In this case, the problem is reduced to a permeable membrane to one ion under the difference of Nernst potential. By a linearisation scheme at large radius of curvature, the elastic modulus is increased whereas a spontaneous curvature appears. The size ranges from tenth-micron to less than a micron which is a striking size for the biomimetic systems. The last part of this study is devoted to the transport of DNA and an unique biological pore (VDAC). The functions and the characteristics of open and sub-conductance state of VDAC are studied by electrophysiological method. The compacted circular DNA affects VDAC behavior without translocation. However, interaction of VDAC and linear DNA shows the null current states implying the passage. This thesis is organized as follow : lipidic mambrane under constraintes, transport and membrane mechanics, transport of DNA