Structure et dynamique d'une dispersion colloidale concentrée : étude par diffusion de lumière des protéines alpha-cristallines
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
We have studied alpha-crystallin proteins, the main component of the eye lens. These proteins constitute a concentrated colloïdal medium inside the lens cells and there participate in a fundamental way to its transparence and elasticity properties. We have performed dynamic and static light scattering experiments. In parallel, small angle X-ray scattering measurements were performed by Annette Tardieu and Mireille Delaye at LURE, Orsay. After this collaboration we were able to characterize alpha-crystallins under various physico-chemical conditions. From these measurements we deduced a model for the protein as a subunit association in 3 layers of tetrahedral symmetry. The analysis of density fluctuations in concentrated alpha-crystallin dispersions revealed the presence of 3 distinct diffusion processes. The fastest one is due to a compression-dilation mode or mutual diffusion. The second could be associated to the modes of exchange between different particles of such a polydisperse medium. The slowes process is probably due to presence of alpha-crystallin aggregates. We were able to extend in a semi-empirical way, the hard sphere polydispersity theory, to charged spheres systems in general, This theory allowed us to foresee the exchange mode amplitudes, which revealed themselves in accordance with our measurements. Finally, self and mutual diffusion coefficients were obtained as a function of concentration for alpha-crystallins at 2 ionic strengths. These measurements were compared to existing hydrodynamic interaction models, putting into relief the need to theoretical progress in the description of many-body hydrodynamic interactions.
Abstract FR:
Nous avons étudié les protéines alpha-cristallines, les constituants prinicipaux de la lentille oculaire- le cristallin. Ces protéines constituent un milieu colloïdal assez concentré dans les cellules du cristallin et y participent de façon fondamentale à es propriétés d'élasticité et transparence. Nous avons réalisé des expériences de diffusion statique et dynamique de lumière. Parallèlement, des mesures de diffusion de rayons X aux petits angles ont été réalisées par Annette Tardieu et Mireille Delaye à LURE, Orsay. D'après cette collaboration nous avons pu caractériser les alpha-cristallines dans plusieurs conditions physico-c De ces mesures, nous avons déduit un modèle pour la protéine comme l'association de sous unités en 3 couches à symétrie tétrahédrique. L'analyse des fluctuations de densité des dispersions concentrées d'alpha cristallines a révélé la présence de 3 processus diffusifs distincts. Le plus rapide est dû à un mode de décompression-expansion ou diffusion collective. Le deuxième a pu être à des modes d'échange entre différentes particules de ce milieu polydisperse. Le processus le plus lent est probablement dû à la présence d'agrégats d'alpha-cristallines. Nous avons pu étendre de façon semi-empirique la théorie de polydispersité de systèmes de sphères dures aux systèmes de sphères chargées en général. Cette théorie nous a permis de prévoir les amplitudes des modes d'échange, qui se sont révélées en accord avec nos mesures. Finalement, les coefficients de diffusion individuelle et collective ont été obtenus en fonction de la concentration, pour les alpha-cristallines, à deux forces ioniques. Ces mesures ont été comparées aux modèles d'interactions hydrodynamiques existants, mettant ainsi en relief le besoin d'un progrès théorique pour la description des interactions hydrodynamiques à plusieurs corps.