Jacques Pécréaux

(Thomas M. Terry)

Rappels sur la physique des membranes

Reconnaissance de contours

Résultats

Validation sur les vésicules passives

Résultat membranes actives

Conclusion

222 21 1

2 2SH d u u

r

Canham, P. B. (1970). J. Theor. Biol. 26: 61-81, Helfrich, W. (1973). Z. Naturforsch. C 28: 693-703.

x

y

zL= q-1

( , )u r t

22 4

( ) Bk Tu

q q

q

Helfrich, W. et al. (1984). Il Nuovo Cimento 3D(1): 137-151.

module de rigidité de courbure tension

222 2 2 20

1 12 ( )

2 2 2SH d u u u

r

Ramaswamy, S. et al. (2000). Physical Review Letters 84(15): 3494-3497.

~~),(),( 42

qq

kTtqutqu

e

e

~~2

)

~~)(~(~~),(),( 22

22

42

qq

wPwPkT

qq

kTtqutqu

eaa

e

wP

wPwP

a

aa

e

~

~~2

w

wwFP

w

wwFP

aa

aa

2

222

22

)

~~)(~(~~),(),( 22

22

42

qq

wPwPkT

qq

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e

wP

wPwP

a

aa

e

~

~~2

w

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w

wwFP

aa

aa

2

222

22

wP

wPwP

a

aa

e

~

~~2

w

wwFP

w

wwFP

aa

aa

2

222

22

Manneville, J.-B. et al. (2001). Physical Review E 64(2): 021908.

Prost, J. et al. Europhysics Letters 33(4): 321-326.

Bicouche lipidique (EPC)

Vésicule Géante10-50 m

BR

Rouge passive

Jaune active

H+

Luecke, H. et al. (1999). Science 286: 255-260.

Pompe à protons photoactivable (abs. max = 570 nm)Pompage de H+ (cycle 5ms)

vert pompage

rouge pas de pompage

Rv

2Rp

L

P

DIC

Excès d’aire du aux fluctuations

A

Ap

A

AA p

1

2

3

4

5

2 3 4 5

(%)

active

passive

ln

P

vPvP

R

RRRRL

S

S

2

// 32

PRP

2 1 RP / Rv

Activité Activité Amplification des fluctuations Amplification des fluctuations

ln8kTeff

TT eff 85.1:exp

~1~~

22wPwP

T

T aae

eff

27,1: T

Ttheor

eff

ln8kTeff

ln8kTeff

TT eff 85.1:exp

Manneville, J.-B. et al. (2001). Physical Review E 64(2): 021908.

Pa estimé ~ 4×10-20 J

Mesure de la température effective seulement

Pertubent le système

10-9 N/m

16 2

20

1.5 10 m

4.10 J.maP

10-8

10-7

10-6

10-5

7

16 2

10 N/m

1.5 10 m

Pa

4×10-20 J.m

3×10-20

2×10-20

1×10-20

0.5×10-20

1.5×1016 m-2

7.5×1016

1.5×1015

7.5×1014

20

7

4.10 J.m

10 N/m

aP

1.5×1014

Mesure d’un spectre de fluctuations jusqu’à grands vecteurs d’onde

Qui s’applique loin de la forme sphérique

Résultats interprétables avec une théorie en membrane plane

Mitov, M. D. et al. (1992). Advances in Supramolecular Chemistry. Gokel. Greenwich (Connecticut), Jai Press. 2: 93-139.

Permet d’accéder à un spectre de fluctuationAnalyse assez fine Ne s’applique qu’aux objets sphériquesNécessite une théorie en harmoniques sphériques

Döbereiner, H.-G. et al. (1997). Physical Review E 55: 4458-4474.

Wilson, T. et al. (1981). Optik 59(1): 19-23.

Permet la reconnaissance de formes non sphériques, et leur analyse

Limitée aux petits vecteurs d’onde, pas réellement de mesure du spectre

LampeXénon

Condenseur à immersion,NA=1.4

Echantillon entre 2 lamelles

Filtre jaune ou Rouge

Objectif à immersion 100x, NA=1.4

Diaphragme

Microscope

Camera digitale

Miroir

Moniteur

Carte d’acquisition

Ordinateur

Pécréaux, J. et al. (2004). European Physical Journal E (accepted).

Carted’acquisition

Acquisition de 2000 à 5000 images à 30 im/s

Rouge Jaune

Reconnaissancede Contours(temps réel)

Acquisition d’images

Retrait desContours non clos

Stockage des contours

Retrait des contours depérimètres trop éloignés

du périmètre moyen

Projection surles séries de

FourierStockage des coefficients de Fourier au cours du temps

i( ) ( )e nn

n

r c t

Stockage des contours

Mode 0 Mode 1 Mode 2 Mode 3 Mode 4Fluctuations des coefficients de Fourier et

fonctions d’autocorrélation temporelle des modes

Sélectiondes contours

10-22

10-21

10-20

10-19

2.01.51.00.5x10

6

2( , 0)xu q y

xq

Passage des séries de Fourier aux transformées de Fourier

22 2( , 0, )2x n n

x

Ru q y t c c

nq

R

22 4

( ) Bk Tu

q q

q

Helfrich, W. and R.-M. Servuss (1984). Il Nuovo Cimento 3D(1): 137-151.

Pour une membrane plane à 3D

2

2

1 1( , 0)

2B

xx

x

k Tu q y

qq

Pour la coupe d’uneMembrane plane

2( )2

2

( )1( , 0, ) ( ) e 1

4 ( )m qmB

x m ym

qk Tu q y t q dq

q q

0

8ms 16ms 33ms

1 2 41( ) ( )

4m q qq

q 33ms

7

19

10 N/m

10 J

0.001kg/m.s

6

6

(10 ) 40ms

(3 10 ) 13ms

m

m

avec

On ne peut pas négliger l’effet du temps d’intégration

2

max

48

25µm2

g

R Rg

206.4 10 J 8 22 10 J.m 33kg.m

Négligeable pour

Henriksen, J. R. et al. (2002). European Physical Journal E 9: 365-374.

La mesure d’un spectre de fluctuation jusqu’à de grands modes (n=35) par rapport aux techniques précédentes (n=10-15)

L’utilisation d’une description théorique en membrane plane (et donc en transformée de Fourier)

La prise en compte de l’intégration en temps

Une mesure non intrusive du spectre de fluctuations

Valider notre méthode de mesure du spectre deValider notre méthode de mesure du spectre defluctuations en retrouvant des valeurs raisonnablesfluctuations en retrouvant des valeurs raisonnablesdes paramètres physiques des vésiculesdes paramètres physiques des vésicules

Développement de l’analyse spécifique

Réalisation d’expériences sur EPC, SOPC, et SOPC:CHOL

2 3( , 0, ) (m )xu q y t

1(m )xq

7

20

1.7 10 N/m

9.4 10 J

10-21

10-20

10-19

1.21.00.80.60.40.2x10

6

SOPC

LipideModule de Courbure

Déviation

Standard

Valeurs Publiées du module

de rigidité de courbure

EPC 4.25 0.87

6.6 Méléard, P. et al. (1998). Biochimie 80: 401-413.

11.5 Duwe, H.-P. et al. (1990). Journal de Physique France 51: 945-962.

2.5 Kummrow, M. e al. (1991). Physical Review A 44(12): 8356-8360.

SOPC 12.6 2.6

12.7 Méléard, P. et al. (1998). Bioch. 80: 401-413.

12.7 Döbereiner, H.-G. et al. (2003). PRL 91(4): 048301.

9 Evans, E. et al. (1990). Physical Review Letters 64(17): 2094-2097.

SOPC:CHOL

1:129.6 3.3

24.6 Evans, E. et al. (1990). Physical Review Letters 64(17): 2094-2097.

20(10 J) 20(10 J) 20(10 J)

Notre méthode permet une réelle mesure duNotre méthode permet une réelle mesure duspectre de fluctuations et permet pour la spectre de fluctuations et permet pour la première fois un “fit” du spectre première fois un “fit” du spectre

Bon accord entre nos résultats et les valeurs des modules de rigidité de courbure trouvés par d’autres auteurs

Valeurs de la tension raisonnables

Mesurer l’effet de l’activité hors équilibre de pompeMesurer l’effet de l’activité hors équilibre de pompeSur les fluctuations de la vésicule ?Sur les fluctuations de la vésicule ?

Théorie : amplification des fluctuations et un nouveau spectre de fluctuations Manneville, J.-B. et al. (2001). PRE 64(2): 021908.Prost, J. et al. (1996). EPL 33(4): 321-326.

• Experience : Préparer un système contrôlé de vésicules actives et effectuer la mesure du spectre de fluctuations

Solution de lipides et de BR en éther

Girard, P., J. Pécréaux, et al. (2004). Biophys. J. (submitted).

+

200 nm

H+

10-21

10-20

10-19

4 5 6 7 8 9

105

2 3 4 5 6 7 8 9

106

2 3( , 0, ) (m )xu q y t

1(m )xq

SOPC

Fit membrane lipidique7

20

5.8 10 N/m

12.9 10 J

2

4

6

10-21

2

4

6

10-20

2

4

6

10-19

8 9

105

2 3 4 5 6 7 8 9

106

2

2 3( , 0, ) (m )xu q y t

1(m )xq

SOPC/BR=230Fit membrane passive

7

22

4.5 10 N/m

10 Jeff

10-20

2

4

6

10-19

2

4

6

10-18

2

8 9

105

2 3 4 5 6 7 8 9

106

1(m )xq

2 3( , 0, ) (m )xu q y tSOPC/BR=1150

Fit membrane passive8

22

6.2 10 N/m

10 Jeff

10-21

10-20

10-19

10-18

1.41.21.00.80.60.40.20.0x10

6

2 3( , 0, ) (m )xu q y t

1(m )xq

SOPC/BR=230

10-21

10-20

10-19

10-18

1.00.80.60.40.20.0x10

6

2 3( , 0, ) (m )xu q y t

1(m )xq

SOPC/BR=230

10-21

10-20

10-19

10-18

2.01.51.00.50.0x10

6

2 3( , 0, ) (m )xu q y t

1(m )xq

SOPC/BR=2302 3( , 0, ) (m )xu q y t

1(m )xq 10

-22

10-21

10-20

10-19

1.51.00.50.0x10

6

SOPC/BR=230FCCP

On detecte l’effet de la présence de la protéine passive.

On est capable de détecter l’activité de la protéine à partir d’une modification du spectre

Le modèle théorique est insuffisant pour rendre compte des observations

Différences avec les observations de J-B Manneville

Mener des expériences complémentaires Développements théoriques en vue de comprendre les

mesures sur les membranes activesMesure avec d’autres pompes

Collaboration avec J. Solon

Mise en évidence d’une tension négative

Mesure du spectre de fluctuation à la fois précise et rapide, validée par des mesures sur des membranes passives

Mesure de spectres de membranes hors-équilibre moyennés sur des temps longs

Mesure de phénomènes à dynamique rapideReconstitution de la BR en liposomes géants par une

méthode générale

Gamme de tensions accessibles (10-8-10-6 N/m) Limite en vecteur d’onde q<4×106 m-1

Mesures en diffusion de lumière pour accéder à des vecteurs d’onde plus grands

La Protéine, reconstitution en petits liposomes et test, marquage FITC

J.-L. RigaudD. LevyP. Girard

Travaux théoriques sous-tendant cette étudeJ. ProstJ.-F. JoannyD. Lacoste (PCT, ESPCI)

Bases sur la reconnaissance et l’analyse de ContoursH.-G. Döbereiner (Golm, Germany)

Expériences de MicropipettesJ.-B. Manneville

Jacques Pécréaux

Collaboration avec J. Solon

2 4

4

( )

meff

eff

q

q q

f paramètres