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La thermodynamique de vésicules lipidiques multi-lamellaires en présence de stérols sous haute pression hydrostatique

publié le

La mesure des variables thermodynamiques en présence de cholestérol dans les membranes est cruciale pour comprendre la physique et la mécanique qui sous-tendent la fonction des biomembranes. La présente étude propose de combiner deux techniques pour accéder aux variables thermodynamiques et permettre ainsi une meilleure compréhension de la dynamique des biomembranes au niveau moléculaire.

Quel est l’effet du cholestérol sur les phases de vésicules lipidiques de DMPC [1] ? Pour le savoir, deux techniques sont disponibles :
- La calorimétrie différentielle perturbatrice (PPC) permet d’étudier le système dans l’ensemble en donnant accès à des quantités thermodynamiques significatives ;
- la diffusion élastique incohérente de neutrons (EINS) donne accès aux mouvements locaux d’un système au niveau atomique en permettant l’extraction de paramètres dynamiques.

PPC a montré que le coefficient d’expansion du volume d’échantillons de DMPC et de DMPC/cholestérol avec 13 et 25 mol% de cholestérol est une fonction linéaire de la capacité thermique. La spectroscopie neutronique a révélé que les déplacements carrés moyens des atomes d’hydrogène augmentent avec la température et diminuent avec la pression. L’addition de cholestérol à des concentrations de 25 et 50 mol% conduit à la suppression de la transition de phase principale.

En utilisant ces résultats, l’étude tend à (i) montrer que la calorimétrie et la diffusion neutronique (en utilisant le modèle de Bicout et Zaccai [2]) permettent toutes les deux d’avoir accès à des quantités thermodynamiques qui caractérisent la DMPC pure et les mélanges de DMPC/cholestérol ce qui confirme la méthode théorique et (ii) valider notre approche en fonction de la température et de la pression, car les deux sont des variables thermodynamiques importantes et complémentaires.

Sketch of lipids in presence or not of cholesterol and the corresponding heat capacity profiles.

Voir en ligne : J. Peters, J. Marion, F. J. Becher, M. Trapp, T. Gutberlet, D. J. Bicout & T. Heimburg , Scientific Reports 7, 15339 (2017)


[1(1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine)

[2Bicout & Zaccai, 2001, Biophys J 80, 1115-1123