Mesure de spectre de fluctuations de vésicules géantes par analyse de contours ;
48
Jacques Pécréaux
description
Mesure de spectre de fluctuations de vésicules géantes par analyse de contours ; application aux membranes passives et actives. Jacques Pécréaux. (Thomas M. Terry). De la membrane cellulaire à la vésicule géante. Un système modèle pour les physiciens. Rappels sur la physique des membranes - PowerPoint PPT Presentation
Transcript of Mesure de spectre de fluctuations de vésicules géantes par analyse de contours ;
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.
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e
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22
42
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22
42
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e
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w
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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
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
