Liaisons par Chélation et Liaisons Hydrogène: une Mesure Directe
Résumé
Living systems use weak bonds (hydrogen bonds, chelation bonds, etc.) to ensure the cohesion of some macromolecular structures (tertiary structure of proteins, double helix of the DNA molecule, etc.) and to allow the formation of some transient structures that need to be formed and broken rapidly (receptor-ligand complexes, ion-amino acid complexes, etc.). The energies of those bonds are not well known because a large number of interactions combine their effects during such processes. One way of probing those energies is the measurement of adhesion energies between surfaces bearing functional groups that are able to form the bonds of interest. A lipid whose headgroup is made of a NTA compound has been used. The three carboxyl groups of the NTA molecule can make hydrogen bonds. Under certain physico-chemical conditions, the NTA group can catch a nickel ion thus forming a chelation bond. Several force measurements have been made using the SFA technique between two lipid bilayers containing either NTA or NTA-Ni lipids. Some of these measurements have been complemented by adhesion energy measurements between functionalized vesicles. Some experiments in water lead to the estimation of the energy of a single hydrogen bond: 1 kBT. Force measurements and vesicle experiments in a Tris buffer lead to a reliable value for the binding energy between two NTA groups sharing a nickel ion: 2 kBT. The NTA-Ni lipid was also used as a tool for anchoring histidine-tagged retinoid receptors to SFA surfaces in order to probe the interaction energy between a retinoid and its receptor. A lipid whose headgroup contains a synthetic retinoid has been used. Force measurements have been made between a monolayer of this retinoid lipid and a monolayer of NTA-Ni lipids carrying the receptors. Force measurements have also been made between two monolayers of retinoid lipids; those measurements revealed very strong adhesion energies due to the combined effect of hydrophobic forces and hydrogen bonds.
La nature utilise des liaisons faibles (liaisons hydrogène, liaisons par chélation, etc.) pour assurer la cohésion d'édifices macromoléculaires (structure tertiaire des protéines, double hélice de la molécule d'ADN, etc.) et permettre la formation de structures transitoires qui nécessitent d'être créées et détruites rapidement (complexes récepteur-ligand, complexes ion-acide aminé, etc.). Les énergies de ces liaisons sont relativement peu connues notamment en raison du nombre important d'interactions agissant en parallèle. Une méthode permettant de les évaluer consiste à réaliser une mesure d'adhésion entre deux surfaces portant les groupes fonctionnels appropriés isolés de leur environnement naturel. Nous avons utilisé un lipide dont la tête polaire est constituée du groupement NTA, qui est capable de former des liaisons hydrogène et qui, dans certaines conditions physico-chimiques, peut fixer un ion nickel et former ainsi une liaison par chélation. Diverses mesures de forces ont été réalisées à l'aide de la technique SFA entre des bicouches de lipide NTA ou NTA-Ni. Des expériences réalisées dans l'eau pure ont permis de mesurer l'énergie d'une liaison hydrogène: environ 1 kBT. Des mesures de forces réalisées dans le Tris et confirmées par des mesures d'adhésion entre vésicules fonctionnalisées ont conduit à une estimation de l'énergie d'une liaison par chélation: environ 2 kBT. Le lipide NTA-Ni a également été utilisé comme un outil permettant de fixer des récepteurs his-tagués des rétinoïdes sur les surfaces d'étude du SFA. Nous avons utilisé un lipide dont la tête polaire contenait un rétinoïde synthétique et réalisé une mesure de forces entre une monocouche de ce lipide rétinoïde et une monocouche de lipide NTA-Ni portant les récepteurs. Des mesures de forces ont également été effectuées entre deux monocouches de lipide rétinoïde; elles ont mis en évidence de très grandes énergies d'adhésion dues à l'effet combiné des forces hydrophobes et des liaisons hydrogène.