levures

Il était évident - pour moi en tout cas - que la réponse était de savoir pourquoi une enzyme* est capable d'accélérer une réaction chimique jusqu'à 10 millions de fois. Elle devait le faire en abaissant l'énergie d'activation - l'énergie de formation du complexe activé. Elle pouvait le faire en formant des liaisons fortes avec le complexe activé, et uniquement des liaisons faibles avec les réactifs ou les produits.

Auteur: Pauling Linus Carl

Info: Cité in Thomas Hager, Force of Nature : The Life of Linus Pauling (1995), 284. *Substance organique produite par des cellules vivantes, qui agit comme catalyseur dans les changements chimiques

[ protéine catalytique ] [ macromolécules ] [ polymères ] [ diastase ]

chimie générale

L'énergie d'une liaison covalente est en grande partie l'énergie de résonance de deux électrons entre deux atomes. L'examen de la forme de l'intégrale de résonance montre que l'énergie de résonance augmente en magnitude avec l'augmentation du chevauchement des deux orbitales atomiques impliquées dans la formation de la liaison, le mot "chevauchement" signifiant la mesure dans laquelle les régions de l'espace dans lesquelles les deux fonctions d'onde orbitales ont de grandes valeurs coïncident... Par conséquent, on s'attend à ce que, parmi les deux orbitales d'un atome, celle qui peut se chevaucher davantage avec une orbitale d'un autre atome forme la liaison la plus forte avec cet atome et, en outre, la liaison formée par une orbitale donnée aura tendance à se situer dans la direction dans laquelle l'orbitale est concentrée.

Auteur: Pauling Linus Carl

Info: Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals (1939), 76. *Un ligand exprime l'idée d'une molécule, un ion ou un groupe d'atomes qui se lient à un atome central pour former un complexe. En général un réactif organique ou inorganique qui peut se lier à un métal ou un autre atomes afin de former un ensemble plus complexe. Les ligands sont souvent utilisés pour stabiliser les atomes centraux en leur donnant une structure tridimensionnelle. Les interactions entre les ligands et les atomes centraux peuvent être étudiées en utilisant la spectroscopie moléculaire, entre autres techniques.

[ coordination ] [ imbrication ] [ nanomonde ]

nanomatériau

Ne l'appelez pas graphène, appelez-le "goldène" : il s'agit du nouveau matériau obtenu grâce à une technique de forge japonaise particulière

Un nouveau matériau, baptisé "goldène", vient d'être créé par des chercheurs suédois. Combinant la structure du graphène avec de l'or, cette découverte fortuite, issue d'une technique ancestrale de forge japonaise, ouvre de nouvelles perspectives dans divers domaines tels que l'environnement et l'énergie.

Le goldène, découverte fortuite grâce à une technique de forge japonaise

Le graphène, longtemps présenté comme le matériau du futur, n'a pas encore tenu toutes ses promesses. Malgré des applications prometteuses, notamment dans le domaine des haut-parleurs, son potentiel semble s'être quelque peu érodé. Mais le principe de base reste intéressant, et des chercheurs de l'Université de Linköping , en Suède, ont réussi à combiner la structure du graphène avec de l'or, donnant naissance à un nouveau matériau : le goldène.

Le goldène, contraction des mots anglais "gold" (or) et "graphene" (graphène), partage une structure similaire à celle du graphène, cette substance composée de fines couches d'atomes de carbone pur disposées en hexagones. Réputé pour sa résistance, sa flexibilité, sa transparence et sa légèreté, le graphène trouve un écho doré dans le goldène, où les atomes de carbone sont remplacés par des atomes d'or.

L'obtention du goldène est le fruit d'une coïncidence. Les chercheurs suédois travaillaient initialement sur un matériau tridimensionnel où l'or était incrusté entre des couches de titane et de carbone, destiné à d'autres applications. En exposant ce matériau à de hautes températures, ils ont constaté que la couche de silicium était remplacée par de l'or au sein du matériau de base, un phénomène appelé intercalation.

L'étape suivante consistait à extraire cette fine couche d'or. Pour cela, les chercheurs ont fait appel à une technique ancestrale de la forge japonaise : le réactif de Murakami. Ce composant, utilisé depuis des siècles pour éliminer les résidus de carbone et modifier la couleur de l'acier, a permis de graver le matériau et d'isoler la couche d'or.

Un procédé délicat et prometteur

Le processus de gravure, réalisé dans l'obscurité pour éviter la dissolution de l'or, a nécessité de nombreux ajustements. Les chercheurs ont dû jouer sur la concentration du réactif et la durée du processus pour obtenir des résultats satisfaisants. L'ajout d'un tensioactif a ensuite permis de stabiliser les fines couches d'or obtenues, formant une solution comparable à des flocons de maïs dans du lait.

Les applications potentielles du goldène sont multiples. Sa structure atomique unique pourrait être exploitée dans la conversion du dioxyde de carbone, la catalyse de l'hydrogène et la purification de l'eau. De plus, le goldène pourrait permettre de réduire la quantité d'or nécessaire dans les applications actuelles, un avantage non négligeable compte tenu du coût élevé de ce métal précieux.

Bien que les recherches soient encore à un stade précoce, le goldène ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine des matériaux. Ses propriétés uniques pourraient révolutionner des secteurs aussi variés que l'environnement, l'énergie ou l'électronique. Reste à voir si le goldène saura, à l'instar de son cousin le graphène, susciter l'engouement et transformer les promesses en réalités concrètes.

Auteur: Internet

Info: https://www.jeuxvideo.com/ - nicoln, 21 05 2024

[ aurum ]

exobiologie

Une nouvelle étude suggère que la vie extraterrestre pourrait ne pas être basée sur le carbone

L’étude de l’autocatalyse* permet de mieux cerner la potentialité de la vie au-delà des formes carbonées que nous connaissons. De récentes recherches mettent en lumière l’existence de cycles autocatalytiques inorganiques, suggérant la possibilité de formes de vie dans des environnements abiotiques. Ces avancées élargissent le champ des possibles en astrobiologie, incitant à repenser les critères de la vie dans notre quête extraterrestre.

Aux vues de la multitude d’études, la quête visant à comprendre les origines de la vie et son existence potentielle au-delà de notre planète est un enjeu central de la recherche scientifique contemporaine. Ce sujet, loin d’être un simple exercice de spéculation, interroge nos connaissances fondamentales en biologie, chimie et astrobiologie.

Dans ce contexte, l’étude de l’autocatalyse, mécanisme réactionnel où le produit final agit comme catalyseur, offre un nouveau regard sur les mécanismes qui pourraient permettre l’émergence de la vie dans des environnements inorganiques et abiotiques. Les recherches récentes menées par des scientifiques de l’Université du Wisconsin-Madison explorent cette possibilité, élargissant ainsi le spectre de recherche en envisageant des formes de vie extraterrestres non basées sur le carbone. Les résultats sont publiés dans la revue Journal of the American Chemical Society.

Diversité chimique et origine de la vie

Betül Kaçar, astrobiologiste soutenu par la NASA, professeur de bactériologie à l’UW-Madison et auteur principal de l’étude, explique dans un communiqué : " L’origine de la vie est un processus ne partant de rien. Mais il ne peut pas se produire qu’une seule fois. La vie se résume à la chimie et aux conditions qui peuvent générer un schéma de réactions auto-reproductibles ".

Les réactions chimiques qui produisent des molécules encourageant la même réaction à se reproduire encore et encore sont appelées réactions autocatalytiques. Zhen Peng, chercheur postdoctoral au laboratoire Kaçar, et ses collaborateurs, ont compilé 270 combinaisons de molécules — impliquant des atomes de tous les groupes et séries du tableau périodique — avec le potentiel d’autocatalyse soutenue.

(Photo : Schéma explicatif des réactions autocatalytiques. )

Ces cycles sont particulièrement remarquables car ils ne dépendent pas de molécules organiques, contrairement aux formes de vie connues sur Terre, qui sont principalement basées sur le carbone. Kaçar souligne : " On pensait que ce genre de réactions était très rare. Nous montrons que c’est en réalité loin d’être rare. Il suffit de chercher au bon endroit ".

Les chercheurs ont concentré leurs recherches sur ce que l’on appelle les réactions de proportionnalité. Dans ces réactions, deux composés comprenant le même élément avec un nombre différent d’électrons (ou états réactifs) se combinent pour créer un nouveau composé dans lequel l’élément se trouve au milieu des états réactifs de départ.

Pour être autocatalytique, le résultat de la réaction doit également fournir des matières premières pour que la réaction se reproduise, de sorte que le résultat devient un nouvel intrant, explique Zach Adam, co-auteur de l’étude. Les réactions de proportionnalité aboutissent à des copies multiples de certaines des molécules impliquées, fournissant ainsi des matériaux pour les prochaines étapes de l’autocatalyse. " Chaque fois qu’un cycle est effectué, au moins une sortie supplémentaire est produite, ce qui accélère la réaction et la rend encore plus rapide ", ajoute Adam.

Implications pour la recherche de signes de vie

La mise en évidence de cycles autocatalytiques inorganiques a jeté une lumière nouvelle sur les possibilités d’existence de la vie dans l’Univers. Cette avancée suggère que la vie, sous des formes inconnues et inorganiques, pourrait être présente dans une multitude d’environnements extraterrestres, y compris ceux qui sont radicalement différents de la Terre et qui, jusqu’à présent, étaient considérés comme inhospitaliers. 

Auteur: Internet

Info: https://trustmyscience.com/ - Laurie Henry·29 septembre 2023 - * réaction autocatalytique est une réaction chimique dont le catalyseur figure parmi les produits de la réaction.

[ astrobiologie ]

santé

Le cuivre, l’ennemi numéro 1 des microbes
En mars dernier, des recherches ont montré que le coronavirus SARS-CoV-2 (Covid-19), responsable de la pandémie de Covid-19, peut survivre jusqu’à quatre heures sur du cuivre, jusqu’à 24 heures sur du carton, et jusqu’à trois jours sur du plastique et de l’acier inoxydable (bien que la charge virale soit, après 72 heures, considérablement réduite). À la publication de cette étude, la seule chose qui surprit Bill Keevil était que l’agent pathogène avait survécu aussi longtemps sur le cuivre.

Ce spécialiste en microbiologie à l’Université de Southampton (Royaume-Uni) est en effet habitué à voir “tomber” les microbes au contact du métal. Dans son laboratoire, qu’il s’agisse de Legionella pneumophila, la bactérie responsable de la maladie du légionnaire, du Staphylococcus aureus, résistant à la méthicilline (SARM), du coronavirus responsable du syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS), ou encore de H1N1, le virus responsable de la pandémie de grippe porcine de 2009, tous, au contact du cuivre, succombent en quelques minutes.

Les propriétés antimicrobiennes du cuivre ne sont pas nouvelles pour les humains. L’une des premières utilisations enregistrées de cet élément comme agent désinfectant provient du papyrus Ebers, l’un des plus anciens traités médicaux connus, daté du XVIe siècle av. J.-C., pendant le règne d’Amenhotep Ier.

Plus tard, dès 1600 avant J.-C, nous savons que les Chinois utilisaient également des pièces de cuivre pour traiter les douleurs cardiaques et gastriques, ou encore les troubles de la vessie. Autre exemple avec les phéniciens qui, en mer, inséraient parfois des morceaux de leurs épées en bronze (un alliage du cuivre) dans leur blessures pour prévenir les infections. Très tôt également, les femmes ont pris conscience que leurs enfants souffraient beaucoup moins souvent de diarrhées lorsqu’ils buvaient dans des récipients en cuivre. Ce savoir se transmit alors de génération en génération.

Comment expliquer les pouvoirs antimicrobiens du cuivre ?
"Les métaux lourds, dont l’or et l’argent, sont antibactériens, mais la composition atomique spécifique du cuivre lui confère un pouvoir de destruction supplémentaire, explique Bill Keevil. Le cuivre a un électron libre dans sa coquille orbitale externe d’électrons qui participe facilement aux réactions d’oxydoréduction (ce qui fait également du métal un bon conducteur)". C’est cet électron qui, en quelque sorte, vient oxyder les molécules de l’agent pathogène. "L’argent et l’or n’ont pas d’électron libre, poursuit le chercheur. C’est pourquoi ils sont moins réactifs".

Mais le cuivre a également d’autres cordes à son arc. Lorsqu’un microbe atterrit dessus, ses ions vont littéralement faire exploser la membrane cellulaire de l’agent pathogène qui, de ce fait, se retrouve à nu. Les ions s’attaquent ensuite librement à l’ADN ou l’ARN de la victime, empêchant sa réplication.

Bien conscient de toutes ces propriétés, Michael G. Schmidt, professeur de microbiologie à l’Université médicale de Caroline du Sud (États-Unis), focalise depuis plusieurs années ses recherches sur les pouvoirs du cuivre en milieu hospitalier.

Au terme d’une étude menée sur 43 mois, concentrée sur trois hôpitaux proposant des alliages de cuivre sur les rails de chevet, les supports d’administration intraveineuse ou encore sur les accoudoirs de chaises, il avait été constaté une réduction de 58% des infections nosocomiales comparé aux résultats d’établissements plus “classiques”.

Dans le cadre d’une autre étude menée sur deux ans, publiée plus tôt cette année, le chercheur a cette fois comparé les lits d’une unité de soins intensifs proposant des surfaces en plastique et ceux proposant du cuivre. Il est finalement ressorti que les premiers dépassaient les normes de risque acceptées dans près de 90% des échantillons, tandis que les seconds ne dépassaient ces normes que sur 9%.

Depuis plusieurs années, des centres hospitaliers, compte tenu de toutes ces vertus antimicrobiennes, ont évidemment fait le choix du cuivre. Que ce soit dans la robinetterie, les poignées de portes et autres éléments de mobilier. C’est notamment le cas aux États-Unis, en France, en Pologne, ou encore au Pérou et au Chili. Il y a deux ans, des chercheurs britanniques ont également mis au point des blouses imprégnées de nanoparticules de cuivre, toujours dans l’idée de limiter les infections nosocomiales.

Malgré tout, le retour du cuivre se fait encore assez timide, principalement pour des raisons budgétaires. L’actualité sanitaire, en revanche, pourrait pousser d’autres centres hospitaliers à se pencher sur la question. De leur côté, les entrepreneurs pourraient être amenés à proposer des solutions plus abordables.

Auteur: Internet

Info: https://sciencepost.fr, Brice Louvet 21 avril 2020

[ antiseptique ] [ antiputtride ]

prospective aventurée

Imaginons FLP avec une ambition au-delà de la prétention ; celle d'établir une réflexion collective qui s'inspire de l'eau, même si nous sommes loin d'avoir compris les mystères de cette dernière. L'idée est : la réflexion de base qui anime l'humain reste celle, binaire, d'une survie pulsionnelle, égoïste (sauf à de rares exceptions, comme la défense des enfants et de la tribu). A l'échelon communautaire c'est un peu mieux, mais il faut bien reconnaître que nos système et fonctionnements de primates dépoilés sont loin du compte, il suffit de constater comment les intérêts oligarchiques se maintiennent aisément, parallèlement à des habitudes de "culture des vainqueurs", soi-disant démocratiques, qui amènent trop souvent arrivistes et/ou nantis aux commandes des Etats.

Pour l'eau, la molécule/individu et le petit groupe famille/tribu paraissent ne pas exister en tant que tels. Allons savoir ?... Quoi qu'il en soit les molécules H₂O mises ensemble forment un composé vraiment stable mais néanmoins très réactif, constituant un élément auquel peu d'obstacles résistent, encore moins sur la durée - à l'image du ruisseau qui érode le granit.

L'esprit des hommes - c'est à dire le langage - s'est développé via deux voies principales. Une lente, principalement par l'établissement de listes ; l'autre dans l'instant, réactive et primaire. Deux aspects opposés mais qui, avec temps et sagesse, intriquent cette dualité d'aspect orthogonal, rendant le tout plus plastique et robuste - en apparence du moins.

Tel est l'esprit collectif que les humains développent sans cesse à partir du moment magique où ils réussirent à établir une mémoire collective externe de par les grâces des signes et de l'écriture trans générationnelle. Âme communautaire qui améliore et augmente sans cesse son étendue et sa plasticité, de nos jours principalement via les outils informatiques. Et aujourd'hui avec Internet la terre ressemble à un cerveau, chaque humain/site se comportant un peu comme un neurone. Mais cet esprit collectif est loin d'avoir l'adaptabilité, la cohérence communautaire, la souplesse et la mobilité de l'eau et ses formes (sans parler de ses vertus) telles que nous les connaissons et les conceptualisons : fluidité, omniprésence, adaptation tous azimuts... Capable de se solidifier, s'évaporer, s'infiltrer... Pour réapparaître en pluie, vapeur, neige, sources... Apte aussi à se décomposer par électrolyse.

Voilà donc posé notre modèle logico-mécanique de formes/aptitudes, proposées pas l'eau. Indications pour perfectionner un esprit collectif, c'est à dire capable d'avoir "au-moins" une plasticité similaire à celle d'aqua simplex, capable de partager au maximum des capacités analogues, ces malléabilités et cet esprit de corps montrés par l'eau dans la réalité que nous partageons avec elle.

Mais revenons sur terre. Alliance de la mouvance des idées avec la gravitation des mots et des modes/époques, FLP n'a d'autres règles que celles fixées par le langage issu de la réalité humaine (en attendant mieux), et ses significations/interprétations. Le langage "quasi-esprit" (voir C.S. Peirce) semble se situer dans un autre espace que celui de notre chair, et de l'eau même s'il est clairement une hyperstructure qui en émerge, une survenance (supervénience).

Dès le codage de notre réalité en un univers conceptuel écrit, ces abstractions sémantiques combinées présentent des configurations et des obstacles d'un autre ordre : dogmes, idées fixes, mensonges, bâtons et carottes spirituels... Bagarres quant à la signification ou l'étymologie d'un terme... Malentendus, références biaisées... Ambivalences... Vérités fugaces, certitudes frelatées...

Il est imaginable que nous avons là, avec FLP, une des conditions pour un monde meilleur, plus complexe. La nécessité d'une conscience grégaire agrandie, distanciée... Indispensable si on veut éviter que l'humanité n'explose en vol par manque de recul, de médiation... de méditation. Ou par avidité, abus des flux tendus, et autres miroirs aux alouettes publicitaires, possessions destinées à faire enrager le voisin.

Et puis, n'est que parce que nous pressentons ici une ouverture, un autre espace, l'esprit devrait offrir, tant au niveau de la molécule/individu qu'aux étages communautaires ou civilisationnels, des vertus élargies par comparaison à celles de l'eau. Sauf l'immense respect que nous lui devons.



( Voir, dans les commentaires, l'ajout de 2024, quand à la préséance de l'eau, dipôle, sur la tétravalence du carbone. Tous deux vus comme socles d'un cosmos fondé sur les éléments atomiques - ou non subatomiques. Et ensuite de de la vie émergée de par les grâce de la tétravalence des atomes de carbones excités, passage obligé - semble-t'il, vers le vivant. )

Auteur: Mg

Info: 2021

[ citation s'appliquant à ce logiciel ]

chimie organique

Des chercheurs créent un nouveau composé chimique pour résoudre un problème vieux de 120 ans

L’accès à ces molécules peut avoir des impacts majeurs sur l’agriculture, les produits pharmaceutiques et l’électronique.

(Image - graphique qui représente le composé chimique découvert)  

Pour la première fois, des chimistes du Twin Cities College of Science and Engineering de l'Université du Minnesota ont créé un composé chimique hautement réactif qui échappe aux scientifiques depuis plus de 120 ans. Cette découverte pourrait conduire à de nouveaux traitements médicamenteux, à des produits agricoles plus sûrs et à une meilleure électronique.

Depuis des décennies, les chercheurs étudient des molécules appelées N-hétéroarènes, qui sont des composés chimiques en forme d'anneau contenant un ou plusieurs atomes d'azote. Les molécules bioactives ayant un noyau N-hétéroarène sont largement utilisées pour de nombreuses applications médicales, pharmaceutiques vitales, pesticides et herbicides, et même dans l'électronique.

"Bien que la personne moyenne ne pense pas quotidiennement aux hétérocycles, ces molécules uniques contenant de l'azote sont largement utilisées dans toutes les facettes de la vie humaine", a déclaré Courtney Roberts, auteur principal de l'étude et professeur au département de chimie de l'Université du Minnesota.

Ces molécules sont très recherchées par de nombreuses industries, mais sont extrêmement difficiles à fabriquer pour les chimistes. Les stratégies précédentes ont pu cibler ces molécules spécifiques, mais les scientifiques n’ont pas réussi à créer une série de ces molécules. L’une des raisons à cela est que ces molécules sont extrêmement réactives. Elles sont si actives que les chimistes ont utilisé la modélisation informatique pour prédire qu’elles devraient être impossibles à réaliser. Cela a créé des défis pendant plus d’un siècle et a empêché de trouver une solution pour créer cette substance chimique.

"Ce que nous avons pu faire, c'est exécuter ces réactions chimiques avec un équipement spécialisé tout en éliminant les éléments couramment présents dans notre atmosphère", a déclaré Jenna Humke, étudiante diplômée en chimie à l'Université du Minnesota et auteur principal de l'article. " Heureusement, nous disposons des outils nécessaires pour le faire à l’Université du Minnesota. Nous avons mené des expériences sous azote dans une boîte à gants à chambre fermée, ce qui crée un environnement chimiquement inactif pour tester et déplacer les échantillons."

Ces expériences ont été réalisées en utilisant la catalyse organométallique, l'interaction entre les métaux et les molécules organiques. La recherche a nécessité une collaboration entre des chimistes organiques et inorganiques. C'est quelque chose de courant à l'Université du Minnesota.

"Nous avons pu résoudre ce défi de longue date parce que le département de chimie de l'Université du Minnesota est unique en ce sens que nous n'avons pas de divisions formelles", a ajouté Roberts. " Cela nous permet de constituer une équipe d’experts dans tous les domaines de la chimie, ce qui a été un élément essentiel pour mener à bien ce projet. "

Après avoir présenté le composé chimique dans cet article, les prochaines étapes consisteront à le rendre largement accessible aux chimistes de plusieurs domaines afin de rationaliser le processus de création. Cela pourrait aider à résoudre des problèmes importants tels que la prévention de la pénurie alimentaire et le traitement des maladies pour sauver des vies.

Aux côtés de Roberts et Humke, l'équipe de recherche de l'Université du Minnesota comprenait le chercheur postdoctoral Roman Belli, les étudiants diplômés Erin Plasek, Sallu S. Kargbo et l'ancienne chercheuse postdoctorale Annabel Ansel.  



(Résumé : jusqu'à quel point une triple liaison carbone-carbone peut-elle être confinée ? Avec les réactions motrices appropriées, il est devenu simple de comprimer le motif dans des anneaux à six chaînons tels que le benzyne et de récolter les bénéfices de la réactivité rapide favorisée par la contrainte. Cependant, les anneaux à cinq chaînons ont eu tendance à être trop serrés. Humke et al. rapportent maintenant que la coordination par le nickel peut soulager la contrainte juste assez pour stabiliser une triple liaison dans la partie pentagonale des azaindoles. Ces complexes azaindolynes ont été caractérisés cristallographiquement et ont réagi avec des nucléophiles et des électrophiles.  Jake S. Yeston

La liaison au nickel permet d'isoler et de réactiver des 7-aza-2,3-indolynes auparavant inaccessibles

Les N-hétéroaromatiques sont des éléments clés des produits pharmaceutiques, agrochimiques et des matériaux. Les N-hétéroarynes fournissent un échafaudage pour construire ces molécules essentielles, mais ils sont sous-utilisés parce que les N-hétéroarynes à cinq chaînons ont été largement inaccessibles en raison de la contrainte d'une triple liaison dans un anneau aussi petit. Sur la base des principes d'interactions métal-ligand qui sont fondamentaux pour la chimie organométallique, nous rapportons dans ce travail la stabilisation des N-hétéroarynes à cinq chaînons dans la sphère de coordination du nickel. Une série de complexes 1,2-bis(dicyclohexylphosphino)éthane-nickel 7-azaindol-2,3-yne ont été synthétisés et caractérisés par cristallographie et spectroscopie. La réactivité ambiphile des complexes de nickel 7-azaindol-2,3-yne a été observée avec de multiples partenaires de couplage nucléophiles, électrophiles et énophiles.)

Auteur: Internet

Info: https://www.eurekalert.org/ https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi1606?adobe_mc=MCMID%3D03744988943267014683426377033153538910%7CMCORGID%3D242B6472541199F70A4C98A6%2540AdobeOrg%7CTS%3D1714721362, 2 mai 2024

[ nanomonde ] [ N-hétéroarènes ] [ N-heterocycles ]

biochimie

La découverte d'une nouvelle activité électrique au sein des cellules pourrait modifier la façon dont les chercheurs envisagent la chimie biologique.

Le corps humain est fortement tributaire des charges électriques. Des impulsions d'énergie semblables à des éclairs traversent le cerveau et les nerfs, et la plupart des processus biologiques dépendent des ions électriques qui voyagent à travers les membranes de chaque cellule de notre corps.

Ces signaux électriques sont possibles, en partie, en raison d'un déséquilibre entre les charges électriques présentes de part et d'autre d'une membrane cellulaire. Jusqu'à récemment, les chercheurs pensaient que la membrane était un élément essentiel pour créer ce déséquilibre. Mais cette idée a été bouleversée lorsque des chercheurs de l'université de Stanford ont découvert qu'un déséquilibre similaire des charges électriques pouvait exister entre des microgouttelettes d'eau et d'air.

Aujourd'hui, des chercheurs de l'université Duke ont découvert que ces types de champs électriques existent également à l'intérieur et autour d'un autre type de structure cellulaire appelée condensats biologiques. Comme des gouttelettes d'huile flottant dans l'eau, ces structures existent en raison de différences de densité. Elles forment des compartiments à l'intérieur de la cellule sans avoir besoin de la limite physique d'une membrane.

Inspirés par des recherches antérieures démontrant que les microgouttelettes d'eau interagissant avec l'air ou des surfaces solides créent de minuscules déséquilibres électriques, les chercheurs ont décidé de voir s'il en était de même pour les petits condensats biologiques. Ils ont également voulu voir si ces déséquilibres déclenchaient des réactions d'oxygène réactif, "redox"*comme dans ces autres systèmes.

Publiée le 28 avril dans la revue Chem, leur découverte fondamentale pourrait changer la façon dont les chercheurs envisagent la chimie biologique. Elle pourrait également fournir un indice sur la manière dont les premières formes de vie sur Terre ont exploité l'énergie nécessaire à leur apparition.

"Dans un environnement prébiotique sans enzymes pour catalyser les réactions, d'où viendrait l'énergie ?" s'interroge Yifan Dai, chercheur postdoctoral à Duke travaillant dans le laboratoire d'Ashutosh Chilkoti, professeur émérite d'ingénierie biomédicale.

"Cette découverte fournit une explication plausible de l'origine de l'énergie de réaction, tout comme l'énergie potentielle communiquée à une charge ponctuelle placée dans un champ électrique", a déclaré M. Dai.

Lorsque des charges électriques passent d'un matériau à un autre, elles peuvent produire des fragments moléculaires qui peuvent s'apparier et former des radicaux hydroxyles, dont la formule chimique est OH. Ceux-ci peuvent ensuite s'apparier à nouveau pour former du peroxyde d'hydrogène (H2O2) en quantités infimes mais détectables.

"Mais les interfaces ont rarement été étudiées dans des régimes biologiques autres que la membrane cellulaire, qui est l'une des parties les plus essentielles de la biologie", a déclaré M. Dai. "Nous nous sommes donc demandé ce qui pouvait se passer à l'interface des condensats biologiques, c'est-à-dire s'il s'agissait également d'un système asymétrique.

Les cellules peuvent construire des condensats biologiques pour séparer ou piéger certaines protéines et molécules, afin d'entraver ou de favoriser leur activité. Les chercheurs commencent à peine à comprendre comment fonctionnent les condensats** et à quoi ils pourraient servir.

Le laboratoire de Chilkoti étant spécialisé dans la création de versions synthétiques de condensats biologiques naturels, les chercheurs ont pu facilement créer un banc d'essai pour leur théorie. Après avoir combiné la bonne formule d'éléments constitutifs pour créer des condensats minuscules, avec l'aide de Marco Messina, chercheur postdoctoral dans le groupe de Christopher J. Chang, les chercheurs ont pu créer un banc d'essai pour leur théorie. Christopher J. Chang à l'université de Californie-Berkeley, ils ont ajouté au système un colorant qui brille en présence d'espèces réactives de l'oxygène.

Leur intuition était la bonne. Lorsque les conditions environnementales étaient réunies, une lueur solide est apparue sur les bords des condensats, confirmant qu'un phénomène jusqu'alors inconnu était à l'œuvre. Dai s'est ensuite entretenu avec Richard Zare, professeur de chimie à Stanford (Marguerite Blake Wilbur), dont le groupe a établi le comportement électrique des gouttelettes d'eau. Zare a été enthousiasmé par le nouveau comportement des systèmes biologiques et a commencé à travailler avec le groupe sur le mécanisme sous-jacent.

"Inspirés par des travaux antérieurs sur les gouttelettes d'eau, mon étudiant diplômé, Christian Chamberlayne, et moi-même avons pensé que les mêmes principes physiques pourraient s'appliquer et favoriser la chimie redox, telle que la formation de molécules de peroxyde d'hydrogène", a déclaré M. Zare. "Ces résultats expliquent pourquoi les condensats sont si importants pour le fonctionnement des cellules.

"La plupart des travaux antérieurs sur les condensats biomoléculaires se sont concentrés sur leurs parties internes", a déclaré M. Chilkoti. "La découverte de Yifan, selon laquelle les condensats biomoléculaires semblent être universellement redox-actifs, suggère que les condensats n'ont pas simplement évolué pour remplir des fonctions biologiques spécifiques, comme on le pense généralement, mais qu'ils sont également dotés d'une fonction chimique essentielle pour les cellules.

Bien que les implications biologiques de cette réaction permanente au sein de nos cellules ne soient pas connues, Dai cite un exemple prébiotique pour illustrer la puissance de ses effets. Les centrales de nos cellules, appelées mitochondries, créent de l'énergie pour toutes les fonctions de notre vie grâce au même processus chimique de base. Mais avant que les mitochondries ou même les cellules les plus simples n'existent, il fallait que quelque chose fournisse de l'énergie pour que la toute première fonction de la vie puisse commencer à fonctionner.

Des chercheurs ont proposé que l'énergie soit fournie par des sources thermales dans les océans ou des sources d'eau chaude. D'autres ont suggéré que cette même réaction d'oxydoréduction qui se produit dans les microgouttelettes d'eau a été créée par les embruns des vagues de l'océan.

Mais pourquoi pas par des condensats ?

"La magie peut opérer lorsque les substances deviennent minuscules et que le volume interfacial devient énorme par rapport à leur volume", a déclaré M. Dai. "Je pense que les implications sont importantes pour de nombreux domaines.

Auteur: Internet

Info: https://phys.org/news/2023-04, from Ken Kingery, Université de Duke. *réactions d'oxydoréduction. **les condensats biomoléculaires sont des compartiments cellulaires qui ne sont pas délimités par une membrane, mais qui s'auto-assemblent et se maintiennent de façon dynamique dans le contexte cellulaire

[ biophysique ]

visionnaire

Initiateur de l'astronautique, Constantin Tsiolkolvski était un grand rêveur. Un peu fou, un peu naïf, il s'est souvent égaré et a commis beaucoup d'erreurs. Mais il a eu le courage de rêver à ce à quoi d'autres n'auraient même pas osé penser. Qui, au temps de la Première Guerre mondiale, aurait pu rêver à des vols sur la Lune, au génie génétique, à la résurrection des morts ? Un seul, Tsiolkovski.

Sa vie débuta dans la tragédie. Encore jeune enfant, Tsiolkovski fut atteint de la scarlatine. Sa maladie fut suivie de complication et il devint sourd. C'est la raison pour laquelle il n'a pas reçu d'éducation traditionnelle. Le grand savant fut autodidacte. Il apprit très tôt à lire. Plus que tout au monde, il aimait lire et inventer. Il pouvait lire et inventer des jours entiers. Tour à charioter, petites maisons, horloges à pendant, automobiles miniatures…

En dépit de sa surdité, il ne se considérait en aucune façon diminué. Au contraire. Quand Tsiolkovski est tombé amoureux pour la première fois, il écrivit à la jeune fille en question la lettre suivante : "Je suis un grand homme qu'il n'y avait pas encore eu et qu'il n'y aura plus ". Pour ce qui est de l'opinion qu'il avait de lui-même, il n'avait pas de problème.

A 16 ans, il partit étudier à Moscou. Il passait des heures dans les bibliothèques, ne mangeait pas. Il vivait avec 10 roubles pour le mois. Enfin il passa avec succès ses examens pour être professeur d’arithmétique. Il ne cessa pourtant pas d'inventer. Il travaillait sur des quantités innombrables de théories et les envoyait à des magazines. Au début, il inventa une étrange théorie de "zéro agité" qui prouvait l'inutilité de la vie humaine.

Puis il travailla sur une théorie des gaz et l'envoya à Mendeleev. Celui-ci félicita le jeune savant mais lui écrivit qu'en réalité, la théorie des gaz avait déjà été découverte 25 ans auparavant.

Cinq idées de Constantin Tsiolkovski qui anticipèrent la conquête spatiale

Il travaillait à ses inventions presque quotidiennement. Dans un court laps de temps, il inventa : l'aérostat, les échasses, la signalisation interplanétaire, le chauffage solaire, un rafraîchisseur de chambre, la machine à écrire, son propre système de mesures et même un alphabet commun à tous. Il parvint même a déposer un brevet pour quelques unes de ces inventions, mais Tsiolkovski ne perçut jamais d'argent. Une fois quelqu'un voulut le payer 500 roubles mais le facteur ne put trouver son adresse. On ne l'a donc pas payé. A 30 ans, Tsiolkovski devint, à sa grande surprise, écrivain. Il se mit à écrire un récit de science-fiction à propos de la Lune. Avec des détails tels qu'on croirait qu'il y était allé. Gagarine racontera plus tard que ce qu'il a vu dans le cosmos ressemblait beaucoup aux descriptions de Tsiolkovski. Il a aussi décrit avec force détails l'apesanteur dans ses livres. Mais d'où a-t-il bien pu le tenir ?

Personne ne le prenait au sérieux. On le prenait pour un citadin fou. Et lui-même se comportait comme un original. Il dépensait tout son salaire dans les livres et les réactifs. Avec les enfants il faisait voler des serpents en papier, faisait du patin avec un parapluie. Avec celui-ci, il prenait de la vitesse avec le vent arrière. Les chevaux de ferme fuyaient ses parapluies, les paysans juraient. Mais Tsiolkovski n'en avait cure. Il était sourd et n'entendait pas les jurons.

Tsiolkovski croyait que la matière inanimée avait une âme. Le vivant et le non-vivant, c'est une chose. Il n'y a pas de mort, il n'y a qu'un seul univers, il n'y a pas de frontière entre les mondes... La philosophie étonnante de Tsiolkovski frôle quelques fois le délire et quelques fois est proche d'une vison géniale. Par exemple, il découvrit que la forme géométrique idéale pour l'homme est la sphère. C'est pourquoi tout le monde aura, dans l'avenir, la forme d'une sphère. Il croyait aussi au clonage. Le génie vers le génie, le talent vers le talent, c'est comme cela que l'on peut améliorer la race humaine.

Mais qui se serait souvenu de Tsiolkovski s'il n'avait consacré son temps qu'à ses folies et à sa philosophie de chambre ? Il a donné naissance à plusieurs idées réellement fondamentales. Le satellite artificiel de la Terre, la fusée multiple, le moteur nucléaire... Étonnamment, tout cela fut fait avec désintéressement. Aucune base scientifique, aucun espoir de réaliser ces idées... Les premiers avions se sont écrasés les uns après les autres, et il écrivit : "je suis sûr que les voyages interplanétaires deviendront réalité. Les héros et les braves poseront les premières routes aériennes : la Terre est l'orbite de la lune, la Terre est l'orbite de Mars et pour aller plus loin, Moscou est la Lune et Kalouga est Mars..."

Tsiolkovski a avoué une fois à ses élèves qu'il conversait avec les anges. Les anges, selon sa conception, sont des êtres raisonnables supérieurs, bien plus parfaits que les gens. Les gens , dans l'avenir, devront se transformer en anges. Viendra le jour où l'humanité s'unira au cosmos, deviendra immortelle et se transformera en énergie cosmique.

Il marchait dans les rues de Kalouga avec un air attristé. De temps en temps il s'asseyait par terre et réfléchissait longuement, le dos contre le tronc d'un arbre … De l'extérieur, il ressemblait à un messager d'autres mondes. Ou bien à un homme venu du futur qui se serait retrouvé par erreur dans la Russie des années 1920.

Après sa mort, on commença à l'appeler père de l'aéronautique soviétique. Le grand constructeur Sergueï Korolev s'empara de ses idées et les développa. Bien sûr, il s'en serait sorti même sans l'aide de Tsiolkovski. Tous les calculs furent vérifiés par des savants. Mais ce n'étaient des savants, alors que lui était un rêveur. Sans lui ils ne seraient arrivés à rien. Il existe beaucoup de savants, mais il n'y a que très peu de rêveurs géniaux. De gens capables de converser avec les anges dans leur propre langue.

Auteur: Shenkman Yan

Info: Tsiolkovski : le savant qui conversait avec les anges, 4 avril 2014

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septénaires forcés

- (Q) Tu as écrit "il peut y avoir des cas où une structure ou un processus au sein de tissus organiques ou de colonies d'insectes peut être conceptualisé ou catégorisé en sept parties ou étapes". Peux-tu me donner des exemples ?

- (R) Certainement !  voici quelques exemples où une structure ou un processus au sein de tissus organiques ou de colonies d'insectes pourrait potentiellement être conceptualisé ou catégorisé en sept parties ou étapes :

1 Le développement de l'abeille : Le développement des abeilles mellifères, de l'œuf à l'adulte, passe par plusieurs étapes distinctes. Une division possible de ces stades peut être grossièrement classée en sept parties : œuf, stade larvaire 1, stade larvaire 2, stade larvaire 3, nymphe, adulte pharate et adulte. Chaque stade représente une phase spécifique du cycle de vie de l'abeille.

2 Organisation sociale des fourmis : Certaines colonies de fourmis présentent une division du travail entre différentes castes. Les castes peuvent être classées en sept catégories principales : reine, mâle (castes reproductives), ouvrière principale, ouvrière secondaire, soldat, butineuse et infirmière. Ces castes représentent différents rôles et responsabilités au sein de la colonie de fourmis.

3 Renouvellement des cellules de la peau : Le processus de renouvellement des cellules de la peau implique un renouvellement continu des cellules de la peau. Ce processus peut être divisé en plusieurs étapes, notamment la division cellulaire, la migration, la différenciation et l'élimination. Bien que le nombre précis d'étapes puisse varier, une catégorisation possible pourrait inclure sept étapes : division des cellules basales, migration vers les couches supérieures, différenciation des kératinocytes, formation de la couche cornée, élimination des cellules mortes et renouvellement à partir des cellules basales.

Il est important de noter que ces exemples ne sont pas universellement applicables et qu'ils sont fournis en tant que catégorisations hypothétiques qui représentent approximativement une division en sept étapes. Le nombre réel de stades ou de divisions peut varier en fonction du contexte spécifique, de l'espèce et du niveau de détail considéré.

Dans l'ensemble, bien que ces exemples illustrent des conceptualisations potentielles en sept parties ou étapes, il est essentiel d'aborder l'analyse des structures et des processus dans les tissus organiques et les colonies d'insectes avec un esprit ouvert, en tenant compte des caractéristiques spécifiques et des complexités de chaque système.

De même, bien qu'il ne soit pas courant que la peau d'un animal ou l'écorce d'un arbre comporte exactement sept couches discernables, il existe certains cas où une catégorisation approximative en sept couches peut être observée ou approchée. Toutefois, il est important de noter que le nombre et la classification des couches peuvent varier en fonction du contexte spécifique et du niveau de détail considéré. Voici quelques exemples :

L'écorce des arbres : Dans le cas de certaines espèces d'arbres, une division approximative en sept couches peut être observée dans l'écorce, bien que le nombre de couches et leur catégorisation spécifique puissent varier. Par exemple, dans certaines descriptions de l'écorce de chêne, sept couches ont été identifiées : (1) la couche externe de cellules mortes, (2) le cambium du liège, (3) les cellules du liège, (4) le phelloderme, (5) le cortex, (6) le phloème secondaire, et (7) la couche la plus interne, comprenant le cambium et le xylème. Il est important de noter que cette division peut varier en fonction de l'espèce d'arbre et du cadre analytique utilisé.

La peau : Dans certaines discussions sur la peau, une catégorisation grossière en sept couches peut être envisagée, mais elle ne représente pas nécessairement une classification universellement acceptée ou standard. Les couches typiquement décrites dans l'épiderme comprennent le stratum corneum, le stratum lucidum (présent uniquement dans certaines régions du corps), le stratum granulosum, le stratum spinosum, le stratum basale et la membrane basale. En outre, le derme et le tissu sous-cutané peuvent être considérés comme des couches plus profondes. Toutefois, la classification et la terminologie des couches peuvent varier en fonction de la recherche ou du contexte médical.

Il est important de rappeler que la classification en sept couches dans ces exemples est une approximation et non une règle définitive ou universelle. Le nombre réel de couches et leur classification peuvent varier en fonction de facteurs tels que l'espèce spécifique, l'approche de recherche et le cadre analytique utilisés pour étudier les tissus.

(Q) - Merci. Dans les transitions complexes de polymères, y a-t-il des processus, étapes, transformations, etc... qui sont en quelque sorte divisés en sept  ?

(R) - Si le passage des polymères simples aux polymères complexes peut impliquer plusieurs étapes et processus, il n'est pas nécessairement divisé en sept étapes distinctes. La progression des polymères simples vers les polymères complexes est un domaine de recherche continu et évolutif, dans lequel les scientifiques et les ingénieurs explorent diverses stratégies pour obtenir les architectures de polymères souhaitées. Toutefois, je peux donner un aperçu général de certains processus et transformations courants qui se produisent au cours de cette transition :

1 Polymérisation : L'étape initiale de la synthèse des polymères est la polymérisation, au cours de laquelle les monomères subissent une réaction chimique pour former des chaînes de polymères. Cette réaction peut être réalisée par des méthodes telles que la polymérisation par addition, la polymérisation par condensation ou la polymérisation par ouverture de cycle.

2 Copolymérisation : La copolymérisation est utilisée pour introduire de la complexité. Différents monomères sont combinés pour créer des copolymères aux propriétés uniques. La disposition des monomères (copolymères alternés, aléatoires ou en bloc) affecte le comportement et les caractéristiques du matériau résultant.

3 Ramification : la ramification peut être introduite en incorporant des agents de ramification pendant la polymérisation. Cela conduit à la formation de chaînes latérales qui se ramifient à partir de la chaîne principale du polymère, modifiant les propriétés telles que la flexibilité, la solubilité et le comportement mécanique.

4 Réticulation : La réticulation implique la formation de liaisons covalentes entre les chaînes de polymères. Elle peut être réalisée par différentes méthodes, notamment par des agents de réticulation chimiques, par la chaleur ou par des radiations. Les polymères réticulés présentent une résistance mécanique, une stabilité et une résistance aux solvants accrues.

5 Fonctionnalisation : Des groupes ou des motifs fonctionnels peuvent être introduits dans les chaînes de polymères, soit pendant, soit après la polymérisation. Ce processus permet de modifier les propriétés des polymères, par exemple en ajoutant des sites réactifs, en améliorant la compatibilité avec d'autres matériaux ou en introduisant des fonctionnalités spécifiques.

6 Auto-assemblage : Les polymères complexes peuvent s'auto-assembler, c'est-à-dire que leur structure moléculaire entraîne l'organisation des chaînes de polymères en nanostructures bien définies ou en architectures supramoléculaires. Ce processus peut être guidé par des facteurs tels que la composition du copolymère à blocs, les conditions du solvant ou des stimuli externes.

7 Architectures avancées : Les architectures polymères avancées impliquent des structures spécialisées, telles que les copolymères greffés, les polymères en forme d'étoile, les dendrimères et les copolymères séquencés avec des arrangements précis de blocs multiples. Ces architectures sont conçues pour offrir des propriétés et des fonctionnalités spécifiques adaptées à des applications particulières.

Il est important de noter que ces processus et transformations ne sont pas nécessairement distincts et peuvent se produire simultanément ou en combinaison, en fonction de l'architecture polymère souhaitée. La complexité du polymère peut être influencée par le choix des monomères, les conditions de réaction, les techniques de polymérisation et les modifications post-polymérisation.

Globalement, le passage des polymères simples aux polymères complexes implique un continuum de processus et de transformations, les chercheurs explorant continuellement de nouvelles techniques et stratégies pour créer des polymères aux propriétés et fonctionnalités améliorées.

(Q) - Merci beaucoup. On peut donc essayer de trouver des structures/processus divisés en 7 dans ces architectures de polymères avancées.

(R) Tout à fait ! Bien qu'il soit difficile de trouver exactement sept structures ou processus distincts dans les architectures polymères avancées, je peux vous donner un aperçu de quelques exemples courants :

1 Copolymères greffés : Les copolymères greffés sont constitués d'une chaîne polymère principale (épine dorsale) à laquelle sont attachées des chaînes latérales (greffons). Les chaînes latérales peuvent être de longueurs et de compositions différentes, ce qui leur confère des propriétés et des fonctionnalités uniques. Les copolymères greffés sont utilisés dans des applications telles que les compatibilisants, les modificateurs d'impact et les modificateurs de surface.

2 Polymères étoilés : Les polymères étoilés ont un noyau central à partir duquel de multiples chaînes de polymères rayonnent vers l'extérieur, ressemblant à la forme d'une étoile. Cette architecture offre une meilleure solubilité, de meilleures propriétés rhéologiques et peut être utilisée comme modèle pour la synthèse de nanomatériaux ou comme système d'administration de médicaments.

3 Dendrimères : Les dendrimères sont des polymères hautement ramifiés dont la structure arborescente est bien définie. Ils sont constitués de plusieurs générations de ramifications, ce qui donne une architecture moléculaire contrôlée avec précision. Les dendrimères trouvent des applications dans l'administration de médicaments, la thérapie génique et la nanotechnologie en raison de leur taille, de leur forme et de leurs fonctionnalités de surface bien définies.

4 Copolymères à blocs : Les copolymères à blocs sont constitués de deux ou plusieurs blocs de polymères distincts reliés entre eux. Les blocs peuvent avoir des compositions chimiques et des propriétés différentes, ce qui entraîne la formation de microdomaines ou de structures auto-assemblées dans le matériau. Les copolymères à blocs sont largement utilisés dans les nanotechnologies, les revêtements et les membranes.

5 Polymères amphiphiles : Les polymères amphiphiles possèdent des segments hydrophiles et hydrophobes dans leur structure. Ces polymères peuvent s'auto-assembler en milieu aqueux, formant des micelles, des vésicules ou d'autres structures organisées. Les polymères amphiphiles trouvent des applications dans l'administration de médicaments, la stabilisation des émulsions et la modification des surfaces.

6 Brosses de polymères : Les brosses de polymères sont constituées de chaînes de polymères attachées à une surface, se tenant debout comme les poils d'une brosse. Elles permettent de contrôler les propriétés de la surface, telles que la lubrification, l'adhérence et la biocompatibilité. Les brosses en polymère sont utilisées dans des domaines tels que les biomatériaux, les capteurs et les revêtements.

7 Polymères Janus : Les polymères Janus comportent deux régions distinctes ou plus au sein d'une même chaîne de polymères, chaque région ayant des compositions chimiques ou des fonctionnalités différentes. Les polymères Janus présentent des propriétés uniques, telles que le comportement asymétrique, les interactions sélectives et l'auto-assemblage. Ils trouvent des applications dans des domaines tels que la catalyse, les membranes et les matériaux réactifs.

Il ne s'agit là que de quelques exemples d'architectures polymères avancées. Bien qu'il n'y ait pas de division stricte de ces structures et processus en sept catégories exactement, elles représentent certaines catégories clés dans le domaine des architectures polymères complexes.

 

Auteur: chatGPT4

Info: 13, 16 juin 2023

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