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Etude Structurale et Dynamique de Solutions de Sucre Confinées

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par Gérald LELONG
Université d'Orléans - Thèse 2007
  

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Chapitre 1

ETAT DE L'ART

1.1. La bioprotection:Le phénomène d 'anhydrobiose 17

1.2. Les sucres ou hydrates de carbone 18

1.3. Interactions soluté-eau 21

1.4. Le rôle des sucres dans les phénomènes bioprotecteurs 24

1.5. Dynamique moléculaire des sucres en solution aqueuse 30

1.6. Conclusion générale du chapitre 1 32

CHAPITRE 1

ETAT DE L'ART

1.1. LA BIOPROTECTION: LE PHENOMENE D'ANHYDROBIOS

Une variété particulière de plantes appelée Selaginella lepidophylla ou plus communément dénommée « Rose de Jéricho » est extraordinairement résistante à la sécheresse. Ces plantes florifères apparaissent comme mortes après de longues périodes sans hydratation, et recouvrent comme par miracle toute leur splendeur à la moindre trace d'humidité. C'est pour cette raison qu'elles ont été baptisées plantes de résurrection.1 La Rose de Jéricho est loin d'être le seul organisme vivant à présenter un tel comportement vis-à-vis de la déshydratation. De nombreux autres spécimens présentant cette même caractéristique ont été découverts, des plus simples comme les organismes unicellulaires, à des organismes beaucoup plus complexes comme des plantes ou des invertébrés (Figure 1). Tous montrent cette incroyable aptitude à tolérer de très sévères niveaux de déshydratation* sur de longues périodes pouvant aller de quelques mois à quelques dizaines d'années2, le record revenant à un petit tardigrade qui a recouvré la vie après plus de 120 ans passés dans un musée italien ! De manière générale, les organismes capables de résister à de tels niveaux de déshydratation sont nommés des organismes anhydrobiotiques (du grec anhydro qui signifie sans eau et biotique qui qualifie un milieu dans lequel la vie peut se développer).

Figure 1: Deux exemples d'organismes anhydrobiotiques: le tardigrade (à gauche) et la Borya septentrionalis une plante de résurrection (à droite).

La déshydratation est l'un des stress environnementaux les plus difficiles à gérer pour les organismes aussi bien terrestres qu'aquatiques, car elle cause de nombreux dommages irréversibles dans les structures biologiques. Les organismes anhydrobiotiques sont donc, par leur résistance, d'un intérêt majeur pour les biologistes, un intérêt qui a débuté il y a maintenant plus de 300 ans.3 L'étude des masses sèches de ces organismes a mis en exergue une grande quantité de solutés comme la proline, la sérine, la glycine-bétaine, le mannitol, le sorbitol, les polyols, le tréhalose, le sucrose et des

* La perte en eau dans ces organismes atteint régulièrement des valeurs proches des 95 à 99%.

oligosaccharides comme le glucose ou le fructose. En réponse à la déshydratation cellulaire, qu'elle soit provoquée par une sécheresse, un froid extrême ou un choc osmotique, les microorganismes ou les plantes accumulent ces solutés dits compatibles dans leurs cellules. La plupart sont dans l'incapacité de protéger activement les protéines et les membranes dans des cas de déshydratations majeures. Seuls les sucres peuvent répondre et structuralement et par leurs groupements fonctionnels à la préservation des édifices biologiques dans de telles situations.4 Le tréhalose et le sucrose par exemple sont connus pour protéger la structure des macromolécules et évitent la fusion des membranes durant les phénomènes d'hydratation / déshydratation.5,6,7 Ces dernières années, de nombreuses études ont été réalisées sur ces systèmes et toutes les théories invoquées convergent sur le fait que les sucres jouent un rôle prépondérant sur la conservation des structures biologiques.

1.2. LES SUCRES OU HYDRATES DE CARBONE

Les sucres se composent, comme la plupart des corps organiques, d'atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, et ont pour formule brute Cx(H2O)y, formule à l'origine de leur dénomination d'hydrates de carbone ou « carbones hydratés ». La famille des hydrates de carbone peut être divisée en trois sous-groupes : les monosaccharides, les oligosaccharides et les polysaccharides.

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