Les macromolécules et les colloïdes

Les macromolécules et les colloïdes
Mr Smail.Hacen
I- Définition
Les colloïdes sont des solutions de macromolécule dont la masse molaire et
supérieur à 5000 g/mol ou d’agrégat atomique dont le comportement physicochimique est très différent des solutions normales dites micromoléculaires.
On distingue aussi les colloïdes biologique qui sont appelées bio polymères.
100A°
1A°
200A°
Ovalbumine
EAU UREE
3000A°
Gosses protéines
COLLOIDES
Microscope
électronique
Microscope
Optique
La figure représente la taille des colloïdes par rapport à un autre système, la diversité
des systèmes colloïdaux est très grande, mais ils possèdent quelques proprietés
physiques bien caractérisées:

Une diffusion lente en phase aqueuse.

Les phénomènes osmotiques sont faibles mais mesurables.

Leurs proprietés optiques sont particuliaire (diffusions de la lumière).

Leurs solubilités sont très variables, ils dépendant de nombreux facteurs.

Ils développant en solution une énorme surface de contact.

La solution colloïdal se sépare en deux phases, l’un solvant l’autre colloïdal.
On appelle les colloïdes biologique bio polymères.
2012-2013
Page 1
La conformation de bio polymères en solution
D’une façon générale chaque macromolécule en solution à une structure
tridimensionnelle caractérises appeler conformation, le comportement physique
chimique dépend largement de cette conformation
Il excite deux types de conformation
A-La forme globuline
Ou les molécules sont repliées sur elle mêmes sous forme sphérique.
b-La forme lunaire :
Elles se ressemblent a des fibres une macromolécule se rapproche plus au moine de
deux forme en pratique la macromolécule sont rigides les rotations sont possible en
certaines droits.
2-Propriétés cinétique de macromolécule
Vitesse sédimentation :
Cette vitesse de sédimentation est très faible due à la faible valeur de rayon de
macromolécule, la différence de masse volumique est très faible.
Pour augmenté la vitesse sédimentation il faut augmenter la valeur de g cela est
réalisé grâce avec une centrifugation.
w=2π N
(N Tour/min)
On met la macromolécule a une distance x de l’axe de rotation (rotor), alors la
macromolécule soumit a un mouvant circulaire uniforme w=2 π N ' (rd/seconde).
Si la vitesse est inferieur à 104 rd/min on a une centrifugation
Si la vitesse est supérieure c’est l’ultracentrifugation.
2 r2
Vs 
   0 
9 
  2 x
  2N
ω : Vitesse angulaire
2012-2013
Page 2

g
P  R F
P  m
R  m0 
F  fV
m   m 0   fV
 m  m0  2 x
 fV
V
dx
   0  2 x 
f
dt
S 
V
   0 
f
Expérimentalement la valeur de S est voisine de 10-13seconde, on prend comme
unité le svedberg, 1Sv=10-13 seconde par exemple pour l’hémoglobine M=68000
S=4.4Sv la myosine M=493000 S=7.24Sv
dx
dt
dx
2
S  dt 
x
S 2 x 
x
S
ln 2
2  t t  x1
 2 1
1
2012-2013
Page 3
X1 la position de la macromolécule par rapport a l’axe de rotation a l’instant t1
X2 la position de la macromolécule par rapport a l’axe de rotation a l’instant t2
Alors la masse molaire de la macromoléculaire :
  
  
  
V
m
M 
S  1 0   1 0  
1 0 
f    f   
f   






KT KT
f 

D
D
M  SRT

 
D 1 0 

 
III- Electrophorèse:
Le principe de cette technique est basée sur le déplacement des macromolécules
chargés sous l’effet d’un champ électrique, le gradient du champ de pesanteur g de
la sédimentation est remplacé par un gradient électrique les résultats de séparation
vont dépendre de la charge.
Elle est utilisée comme technique d’’analyse et de séparation ce qui permet une
mesure de la mobilité electrophorétique.
Cette technique de séparation permet :
-L’identification des certaines substances qui se trouvent dans un mélange.
-Utilsé comme technique de séparation pour obtenir des substances
On peut distinguer deux types de techniques :.
Sur phase liquide et sur support papier filtre.
2012-2013
Page 4
2-Aspect théorique:
On considère une macromolécule chargé sous l’effet d’un champ électrique E.
Si q<0 la macromolécule se déplace dans le sens inverse du champ
c-a-dire vers le pole positive
Si q< la macromolécule se déplace dans le sens du champ
c-a-dire vers le pole négative.
A l’équilibre Fe=Ff
qE=fv
μ=V/E=q/f
μ : Mobilité
V= μ E=E(q/f)
La vitesse du déplacement dépend de la charge de la macromolécule et non de la
masse molaire.
La vitesse peut être positive si la mobilité est positive il s’agie cataphorèse si la
vitesse et la mobilité est négative il s’agie anaphorèse.
2-L’électrophorèse libre en phase liquide :
+
-
Solution Tampon
Solution Tampon
A
B
C
Soit solution colloïdale contient trois substance A,B,et C se trouvent dans le fond
d’un tube surmente par une solution tampon.
2012-2013
Page 5
On applique une différence du potentel qui va crée un champ électrique, les
protéines chargés négativement se deplace dans le sens contraire du champ et les
proteines positive se déplace dans le sens du champ, après un temps t, la solution
colloidale se dévise en plusieur frontières.
Chaque substance se déplace avec sa propre vtesse (la mobillité dépend de la
charge de la substance).
Pour maintenir les frontières ou les séparations, il faut prendre en consédération les
régles ou les conditions suivantes :
-Il faut que la température soit homogène le plus possible pour éviter l’effet
thermiaque (plonger l’appareil dans un thermosta)
-Le champ electrique E doit étre le plus uniforme possible (tension unifome)
-La meilleure électrophorèse doit être fortement temponné parce que la charge et la
mobilité dépend du PH du milieu.
Les avantages de l’électrophorèse :
-L’analyse quantitative d’une solution macromoléculaire permet de mesuré les
mobilités
des
différents
constituants,
identification
et
détermination
des
concentrations des substances.
-La séparation des substances (plus lentes, plus rapides)
Les inconvénients de cet electrophprése.
Une technique assez difficile pour maintener les frontières pour l’observation.
Le phénomène de diffusion reste important de tel sorte que l’electrophosee ne peut
etre applicable que pour les grosses molécules.
2012-2013
Page 6
3- L’électrophores sur support
+
E
Solution
tampon
Solution
tampon
Pour surmonter les difficultés de la technique précédente on utilise l’électrophorèse
sur support soit sur papier, lame, sur gel.
La différence entre les deux technique le phénomène de diffusion est éliminé ce
qui permet une bonne observation des substances séparées.
-La mobilité electrophorétique ne depend pas de la nature de particule mais dépend
de nature du solvant.
Cela produit un autre phénomène appelé electro-endosmose.
Les supports (les extrémités) trompées dans une solution tampon les proteine
négative migrat vers le pole positive et l’inverse il va y a avoir plusieurs couche ces
couches sont appéles couches de HELMOLTEZ.
K
Q
1 Q

r 40 r
+
r
-
ε0 : Permittivité de milieu
Q  S
σ: Densité superficielle de charge
2012-2013
Page 7
S : Surface
Q
1 S 4r 2
K 

r 40 r
r

r
0
r
0


Q S 4r 2 2 r



f
f
4r 3 
Alors :
A une température donnée et pour une solution donnée toutes les particules de
même forme et de même charge migrent a la même vitesse
2012-2013
Page 8