Thermodynamique et cinétique dans les macromolécules : apports de la microcalorimétrie AC de très haute résolution
Résumé
The aim of this work is to outline the possibilities offered by AC microcalorimetry for studies on thermodynamics and kinetics in macromolecules. As a first part a simple system (A+B) is described using both thermodynamic and kinetic approaches. Then we describe the main calorimetric techniques. As a third part we describe the experimental setup designed for this study. Based on AC calorimetry method, it requires as few liquid as 5 µl. It allows 1 ppm resolution on heat capacity measurement, and its frequency range covers two decades (0,05 – 5 Hz). After computer simulations on a simple system , we present several experimental results. Solid-liquid transition of an organic liquid exhibits irreversibility effects. Thanks to the wide frequency range available with our AC microcalorimeter. Spécifique heat spectroscopy experiments are lead on a polymer sample, and kinetics effects can be studied ; Heat-induced denaturation is observed on 25 µg of a globular protein, showing good perspectives for a frequency study.
Ce travail vise à définir les apports de la microcalorimétrie AC pour l'étude simultanée de la thermodynamique et de la cinétique dans les macromolécules. Ce manuscrit s'ouvre par une description thermodynamique et cinétique d'un système en transformation. Les principales méthodes calorimétriques sont ensuite exposées, puis la conception du calorimètre est détaillée – cahier des charges, capteur, chaîne de mesure. De très petit volume utile (5 µl), le dispositif permet une mesure de capacité calorifique AC apparente avec une résolution ?C/C = 10-6. Sa fréquence de travail est ajustable entre 0,05 et 5 Hz. Grâce à cette très large gamme de fréquence disponible, le dispositif permet de réaliser des expériences de spectroscopie thermique. On présente un exemple de simulation d'un système simple, puis les principaux résultats expérimentaux obtenus. Des effets de cinétique et d'irréversibilité sont observés sur plusieurs types de transition, sur un polymère (PTFE) et un liquide organique (cyclohexane). La dénaturation par la chaleur d'une protéine globulaire, observée sur 25 µg de protéine, en fait un bon candidat pour une étude en fréquence par cette méthode.