LafEuILLE rougE

SBT I SCIB I SPINTEC I SPRAM I SPSMS I SP2M inac.cea.fr
LAFEUILLE
R O U G E
N° 568- décembre 2010
Pour se protéger, les bactéries possèdent au sein de leur membrane
une sorte de squelette externe constitué d’un polymère : le peptidoglycane.
Des chercheurs du SCIB, associés à l’IBS, au centre d’ingénierie des
protéines de Liège et à l’institut de biosciences de Newcastle ont réussi à
analyser par RMN du solide le peptidoglycane de différentes bactéries
avec une résolution inégalée à ce jour. A la clef, une meilleure com-
préhension du rôle et du fonctionnement de cet élément important de
la membrane bactérienne, cible de nombreux antibiotiques comme la
pénicilline.
La membrane bactérienne est une
structure complexe, différente d’une bac-
térie à l’autre. Elle a pour rôle d’assurer
la protection et la cohésion de l’intérieur
de cet être unicellulaire, le passage des
nutriments et des déchets, ou encore
la communication avec le monde exté-
rieur, lors d’une infection par exemple.
Un élément reste cependant commun à
toutes les bactéries : le peptidoglycane.
Qui plus est, il n’existe que chez les
bactéries et constitue donc une
cible idéale pour les antibioti-
ques. Ce polymère est constitué
de chaînes de sucres liées entres
elles par des peptides, petites
chaînes d’acides aminés. Sa très
grande taille a contraint jusqu’à
présent à n’étudier par RMN
que des modèles plus petits : les
monomères, ou des peptidogly-
canes lyophilisés, conduisant à
une mauvaise résolution des spectres et à une information partielle.
En hydratant le peptidoglycane, les chercheurs ont eu la surprise
d’obtenir, malgré la taille énorme du polymère, des spectres de RMN
du solide parfaitement résolus permettant une étude fine et plus globale
de celui-ci. Première découverte : la paroi cellulaire, est capable de
complexer des cations métalliques (Mg, Mn) grâce à l’effet coopératif du
peptidoglycane et des acides teichoïques, autres composants de la paroi
constitués de longues chaînes polymériques phosphorées. L’affinité est
bien supérieure à celle des deux composants pris séparément.
Nous venons de mettre évidence une nouvelle glace de spins, c’est-
à-dire un système magnétique présentant une entropie résiduelle à basse
température.
La physique statistique nous enseigne que l’entropie d’un système
tend vers une valeur limite lorsque la température tend vers le zéro absolu.
C’est le principe de Nernst ou troisième
principe de la thermodynamique. Dans l’im-
mense majorité des cas cette entropie limite
est nulle : l’état fondamental du système
à basse température est unique. Tout autre
état a une énergie supérieure. Il existe
cependant des exceptions comme celle de
la glace. Dans sa forme cristalline la plus
commune un certain degré de désordre est
autorisé dans la position des protons : le
système peut adopter un très grand nombre
d’états distincts mais de même énergie. On
parle alors de dégénérescence : celle-ci
conduit à une entropie résiduelle.
Un analogue magnétique de la glace—dit glace de spins—a été
découvert à la fin des années 1990 dans une famille d’oxydes mixtes
de terres rares et de métaux non magnétiques. Les moments magnétiques
forment un réseau de tétraèdres reliés les uns aux autres par leurs som-
mets. Dans cette structure, appelée pyrochlore, il n’est pas possible de
minimiser simultanément toutes les interactions magnétiques. C’est le
phénomène de frustration géométrique qui donne lieu à
des comportements très originaux à basse température,
encore mal compris.
En collaboration notamment avec des collègues
espagnols, nous avons trouvé pour la première fois ce
comportement dans un composé de structure spinelle.
Parmi les signatures de la glace de spins figure la pré-
sence d’une entropie résiduelle (Fig.). Cette découverte
ouvre la voie pour déterminer en détail comment l’équi-
libre entre les interactions conduit aux différents états
fondamentaux observés et plus généralement à une
meilleure compréhension des nouveaux états apparais-
sant dans ces systèmes magnétiques frustrés.
BIEN S’HYDRATER PERMET D’ALLER PLUS LOIN
Contact : Sabine Hediger – SCIB – [email protected]
résonances magnétiques
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Contact : Alain Yaouanc – SPSMS – [email protected]
magnétisme
Unités associées à
WHAT A DOUBLE
PIQUÉ MON CHER
NELSON !
Blocage et frustration chez
les nanoplots magnétiques.
Au verso
Morphologie du peptidoglycane
de Bacillus subtilis illustrant l’effet
de complexation coopératif d’un
ion métallique M avec l’acide
teichoïque
Variation thermique de l’entropie magnétique
dans CdEr
2
Se
4
et arrangement des positions des
moments magnétiques portés par l’erbium dans
la structure cristalline.