BIOPHYSIQUE

Analyse et synthèse des structures cytologiques

Les ensembles supramoléculaires, qui vont de l'association de quelques éléments bien définis aux architectures déjà très complexes comme des fragments isolés d'organites cellulaires, ne sont plus seulement le siège de phénomènes relativement élémentaires sous-tendant une fonction isolée, comme une activité enzymatique. Ils intègrent un grand nombre de processus chimiques et physiques d'où émergent des propriétés et des fonctions nouvelles qui ne sont pas réductibles à la somme des phénomènes élémentaires. Le problème essentiel est alors de relier l'organisation de ces ensembles aux séquences d'événements qu'ils ordonnent dans l'espace et le temps. Les points de vue, les objectifs et les méthodes changent ; les recherches d'essentiellement structurales deviennent de plus en plus fonctionnelles au fur et à mesure que le niveau de complexité s'accroît et que l'on aborde les grandes fonctions vitales, reproduction et développement, métabolisme et bioénergétique, motilité, excitabilité. Avec l'étude de ces superstructures, on change d'échelle de grandeur et la microscopie électronique joue un rôle important, en permettant de visualiser de manière relativement directe leur organisation. Il ne s'agit plus de déterminer la structure interne d'une macromolécule, mais la disposition relative des macromolécules entre elles. Les développements de la microscopie électronique de haute résolution permet de percevoir des détails de l'ordre du nanomètre ; c'est dire qu'il est possible de visualiser avec une bonne précision une protéine de 8 nanomètres de diamètre, mais surtout ses relations spatiales avec les autres constituants. Comme pour la diffraction X, les images obtenues ne permettent pas l'étude de la dynamique de ces systèmes, bien que par des méthodes de congélation ultrarapide on puisse visualiser en une série d'« instantanés » des changements de structure survenant au cours d'événements ne durant guère plus de quelques dizaines de millisecondes. Mais c'est toujours aux grandes techniques de spectroscopie de résonance et de fluorescence en lumière polarisée que l'on a recours dans les recherches concernant la dynamique de systèmes complexes.

Parmi les problèmes importants traités à ce niveau d'organisation, on peut citer l'étude du matériel nucléaire, la chromatine : par-delà l'enroulement dit primaire des brins d'acides désoxyribonucléiques, il est possible de définir différents niveaux d'organisation : le problème primordial est celui des relations entre ce que l'on appelle l'enroulement tertiaire dans les nucléosomes, en association avec les histones, protéines spécifiques du noyau, ainsi que l'organisation quaternaire ou superenroulement en solénoïde et autre forme de condensation du matériel nucléaire, avec leur fonction au cours du cycle cellulaire, la transformation, le vieillissement et la différenciation. Ces études structurales mettent de plus en plus l'accent sur le caractère dynamique de l'organisation du DNA dans la chromatine. Par-delà, la question est de savoir si ces structures quaternaires sont liées de façon spécifique avec les formes d'organisation d'ordre encore supérieur que l'on peut détecter aujourd'hui grâce au développement de ce que l'on appelle la biophysique cytologique.

Un autre problème important est celui de la contraction musculaire et plus généralement de la motilité cellulaire ; celle-ci est fondée sur l'association de deux protéines, l' actine et la myosine, que l'on retrouve dans toutes les cellules douées de motilité, mais qui est particulièrement développée dans les cellules musculaires. La myosine est une enzyme qui par hydrolyse d'un nucléotide,[...]