mathématiques

Avec les lois de thermodynamique on peut calculer presque tout sans nuance. La théorie cinétique permet de calculer moins de choses, mais avec plus de précision. Alors que la mécanique statistique ne peut presque rien calculer exactement.

Auteur: Wigner Eugene Paul

Info: Edward B. Stuart, Alan J. Brainard and Benjamin Gal-Or (eds.), A Critical Review of Thermodynamics 1970, 205

[ triade ]

nouveau paradigme

Le concept cinétique du mouvement dans la théorie classique devra subir de profondes modifications. (C'est pourquoi j'ai également évité le terme "orbite" tout au long de mon article.) ... Nous ne devons pas lier les atomes aux chaînes de nos préjugés, auxquelles appartient également, à mon avis, l'hypothèse selon laquelle les orbites des électrons existent au sens de la mécanique ordinaire - mais nous devons, au contraire, adapter nos concepts à l'expérience.

Auteur: Pauli Wolfgang

Info: Lettre à Niels Bohr (12 décembre 1924), dans K. von Meyenn (ed.), Wolfgang Pauli - Wissenschaftliche Korrespondenz (1979), Vol. 1, 188. Cité dans Daniel Greenberger, Klaus Hentschel et Friedel Weinert, Compendium of Quantum Physics : Concepts, Experiments, History and Philosophy (2009), 615.

géométrie existentielle

Une vie, rien qu'une vie, ce serait justement un bricolage ou une fabrique tantôt lents, tantôt contraints à des choix violents et rapides, une sorte de marelle qui, ajoutant les côtés aux côtés, les surfaces aux surfaces, finirait, entre figures imposées et figures libres, par former un tracé reconnaissable et unique. Non pas quelque chose d'entièrement libre - qui le pourrait ? - mais quelque chose comme une libération rejoignant parfois ses vitesses et parfois les perdant.

Auteur: Bailly Jean-Christophe

Info: In "Tuiles détachées", éd. Christian Bourgois, p. 48-49

[ cinétique ] [ mécano ]

jumeaux

L'une de ses premières recherches, menée en collaboration avec le physicien australien Brandon Carter, visait à prouver qu'un trou noir "n'a pas de cheveux". Cette idée avait déjà été exposée, sans preuve, par John Archibald Wheeler, qui croyait qu'un trou noir pouvait être défini uniquement par sa masse, sa charge électrique et son moment cinétique. Hawking et Carter prouvèrent que tel est le cas, car la puissante force gravitationnelle d'un trou noir efface tous les autres détails, ou "cheveux". En conséquence, deux trous noirs ayant une masse, une charge et un spin identiques seraient indifférenciables, du moins, selon la physique classique.

Auteur: Parsons Paul

Info: 3 minutes pour comprendre les grandes théories de Hawking

[ gravitation ] [ apparence ]

énergie source

Il existe différentes causes de production de force : un ressort tendu, un courant d'air, une masse d'eau qui tombe, un feu qui brûle sous une chaudière, un métal qui se dissout dans un acide - et le même effet peut être produit au moyen de toutes ces différentes causes. Mais dans le corps animal, nous ne reconnaissons qu'une seule cause comme cause ultime de toute génération de force, et c'est l'interaction réciproque exercée l'une sur l'autre par les constituants de la nourriture et l'oxygène de l'air. La seule cause connue et ultime de l'activité vitale chez l'animal comme chez la plante est un processus chimique.

Auteur: Liebig Justus von

Info: Der Lebensprocess im Thiere und die Atmosphare", Annalen der Chemie und Pharmacie (1841), 41, 215-7. Trans. Kenneth L. Caneva, Robert Mo.yer and the Conservation of Energy (1993), 78.

[ cinétique ] [ organique inorganique ] [ biotique abiotique ]

bêtise

- La température absolue est proportionnelle à l'énergie cinétique moyenne de translation des molécules. Et, au zéro absolu, cette énergie cinétique est nulle : les molécules sont alors totalement immobiles. On peut toujours s'agiter plus, et devenir ainsi de plus en plus chaud. Mais on ne peut pas être plus immobile lorsqu'on est déjà complètement immobile.
- De même qu'on ne peut pas être plus mort que mort, ou plus nul que nul. Ce sont des limites absolues.
- Et être plus con que con, on peut ?
- Oui, pas de problème, c'est le seul domaine où l'on peut transgresser indéfiniment les lois fondamentales de la physique (sans que ça explose pour l'instant)...

Auteur: Masse Francis

Info: BD, Deux du balcon

génétique

Cunningham a expliqué quand même : "Une grande partie de la biologie ne se sert pas de gènes. Les tournesols ont cette apparences - à causes de tensions de voilements purement physiques. On trouve partout dans la nature des suites de Fibonnaci et des nombres d'or, sans qu'il y ait le moindre gène pour les coder, ce ne sont que des interactions physiques. Prenez un embryon en train de se développer... les gènes ordonnent le début ou l'arrêt de la croissance, mais le nombre de doigts et de vertèbres provient de la mécanique de cellules se cognant les unes aux autres. Ces fuseaux mitotiques dont j'ai parlé sont absolument indispensables à la reproduction dans toutes les cellules eucaryotes, et ils s'agglutinent comme du cristal sans la moindre implication génique. Vous seriez surpris de savoir combien de choses sont comme ça dans la vie.

" - Mais on a quand même besoin de gênes", a protesté Bates

"Les gènes ne font qu'établir les conditions de départ nécessaires au processus. La structure qui prolifère après n'a pas besoin d'instructions spécifiques. C'est une complexité émergente classique. On le sait depuis plus d'un siècle."

Auteur: Watts Peter

Info: Vision aveugle, p 299. trad Gilles Goulet

[ impulsion ] [ cinétique ] [ mécanisme ] [ efficacité ]

dualité

C'est pour cette raison que Jung a peut-être raison de supposer que l'énergie est un concept universel applicable aussi bien au fonctionnement psychique qu'à l'univers physique. Jung décrit ensuite comment l'énergie a deux attributs, l'intensité et l'extensité. L'étendue (extensité) de l'énergie n'est pas transférable d'une structure à une autre sans en changer la structure ; l'intensité de l'énergie l'est. Par extensité, Jung fait référence à la qualité de l'énergie. En d'autres termes, il fait remarquer qu'il y a "quelque chose" qui se déplace d'un endroit à l'autre lorsqu'une transformation énergétique se produit.

Par exemple, une balle qui est frappée en ligne droite transporte avec elle de l'énergie en constante transformation. Il y a une énergie cinétique et une énergie potentielle gravitationnelle. La quantité d'énergie cinétique est continuellement transférée en énergie potentielle au fur et à mesure que la balle monte. Ainsi, au sommet de sa trajectoire, la balle est momentanément au repos, c'est-à-dire sans énergie cinétique, mais avec toute son énergie potentielle. L'évaluation de ses quantités d'énergie est intensive mais les qualités cinétiques et le potentiel sont considérables. La balle ne peut pas transférer sa qualité cinétique en qualité potentielle sans changer sa forme, par exemple en se cassant en plusieurs pièces.

De même, il y a un facteur psychique important qui n'est pas transférable. Le concept d'extensité et d'intensité de Jung est précurseur du concept d'ordre implicite et explicite de David Bohm, sur lequel j'aurai plus de choses à dire plus tard. Aussi précurseur de la division conceptuelle du monde en objets et en actions d'objets : sujets et verbes. Tout ceci comportant une complémentarité, une double manière de traiter l'expérience. Ce sont des indices de la division entre esprit et matière, physique et psychique, mots et images.

Auteur: Fred Alan Wolf

Info: The Dreaming Universe: A Mind-Expanding Journey into the Realm Where Psyche and Physics Meet

[ physique quantique ] [ bipolarité ] [ tao ] [ mobile ] [ immobile ] [ chair-esprit ]

femme-par-femme

La singularité est paradoxale. Synonyme du terme "original", la singularité semble être à la fois "à l’origine de toute chose" et "différente de la norme". C’est cette dualité qu’explore Mai Tabakian, au travers d’une oeuvre complexe, qui entremêle les signifiants et les références. Une œuvre unique, avec des spécificités tant techniques qu’esthétiques, qui tranche dans le paysage de l’art contemporain et invite à visiter de nouvelles frontières. "Singularité" est une invitation au voyage. Mai Tabakian crée des œuvres singulières qui mettent en dialogue par le biais d’un langage fait de signifiants asiatiques et de signifiés européens; à l’image de l’œuvre (...) Comme chez les Grecs, le mythe se mêle aux mathématiques dans l’œuvre de Mai Tabakian. Les cibles de "Flying Targets" sont une mise en abîme de la spirale de l’œuvre. Elles semblent comme aspirées par un invisible trou noir, au centre duquel se trouve la "singularité", selon les termes scientifiques de l’astronomie. La singularité est le point infinitésimal où est concentrée toute la matière de l’étoile ; ou pourrait-on dire de "L’étoile noire", cette œuvre forte de l’exposition, qui domine l’ensemble des "Nucleus". Autour de la singularité se trouve "l’horizon des événements", une région de l’espace où rien ne peut échapper à sa gravité, pas même la lumière. Une région mouvante et aspirante qui nous captive, qui nous hypnotise et nous amène, tel un cycle cinétique perpétuel à la spirale de "Spectrum Invaders". (...) En littérature, la "singularité" c’est l’être au monde de l’auteur, c’est cette permanence qui le rend tout à la fois en rapport avec le monde et hors du monde. Cette singularité s’incarne dans le style*. Le style dit à la fois tout du monde, tout d’un monde, et tout de l’impossible compréhension globale du monde. D’aucun pense souvent que le style se donne à voir immédiatement. Mais ici, le "style" est un mystère. Le fil ne tisse pas l’œuvre, il ne joue pas un rôle de l’ombre entre les étoffes, mais il s’affirme comme le trait du dessin, comme acte créateur, visible, existant à part entière. L’œuvre de Mai Tabakian est aussi singulière en ce sens qu’elle affirme un acte d’existence, un féminisme assumé, sans en faire pour autant un sujet à traiter. Sa technique spécifique, son traitement du tissu et son usage du fil, son goût pour l’éclatement des couleurs est un langage de la singularité féminine dans la création, notamment contemporaine, qui n’est pas sans rappeler les œuvres de Louise Bourgeois ou de Nikki de Saint Phalle. Dès lors que l’on a posé cela, il ne peut être anodin que la fleur, la rosace, le cercle et le cycle soit des figures omniprésentes du travail de l’artiste. Les oeuvres de Mai Tabakian sont des litotes complexes du monde. Elles disent le "tout", elles disent l’universel, par la singularité; c’est à dire l’unicité, l’étrangeté aussi, l’affirmation d’être en tout cas.

Auteur: Poizat Céline

Info: http://www.maitabakian.com/2016/03/singularite-texte-de-celine-poizat.html

[ beaux-arts ] [ exister ]

nanomonde

Comment l’IA impacte la recherche sur la structure des protéines

Chaque être humain possède plus de 20 000 protéines. Par exemple l’hémoglobine qui s’occupe du transport de l’oxygène depuis les poumons vers les cellules de tout le corps, ou encore l’insuline qui indique à l’organisme la présence de sucre dans le sang.

Chaque protéine est formée d’une suite d’acides aminés, dont la séquence détermine son repliement et sa structure spatiale – un peu comme si un mot se repliait dans l’espace en fonction des enchaînements de lettres dont il est composé. Cette séquence et ce repliement (ou structure) de la protéine déterminent sa fonction biologique : leur étude est le domaine de la « biologie structurale ». Elle s’appuie sur différentes méthodes expérimentales complémentaires, qui ont permis des avancées considérables dans notre compréhension du monde du vivant ces dernières décennies, et permet notamment la conception de nouveaux médicaments.

Depuis les années 1970, on cherche à connaître les structures de protéines à partir de la seule connaissance de la séquence d’acides aminés (on dit « ab initio »). Ce n’est que très récemment, en 2020, que ceci est devenu possible de manière quasi systématique, avec l’essor de l’intelligence artificielle et en particulier d’AlphaFold, un système d’IA développé par une entreprise appartenant à Google.

Face à ces progrès de l’intelligence artificielle, quel est désormais le rôle des chercheurs en biologie structurale ?

Pour le comprendre, il faut savoir qu’un des défis de la biologie de demain est la "biologie intégrative", qui a pour objectif de comprendre les processus biologiques au niveau moléculaire dans leurs contextes à l’échelle de la cellule. Vu la complexité des processus biologiques, une approche pluridisciplinaire est indispensable. Elle s’appuie sur les techniques expérimentales, qui restent incontournables pour l’étude de la structure des protéines, leur dynamique et leurs interactions. De plus, chacune des techniques expérimentales peut bénéficier à sa manière des prédictions théoriques d’AlphaFold.

(Photo) Les structures de trois protéines de la bactérie Escherichia coli, déterminées par les trois méthodes expérimentales expliquées dans l’article, à l’Institut de Biologie Structurale de Grenoble. Beate Bersch, IBS, à partir d’une illustration de David Goodsell, Fourni par l'auteur

La cristallographie aux rayons X

La cristallographie est, à cette date, la technique la plus utilisée en biologie structurale. Elle a permis de recenser plus de 170 000 structures de protéines dans la "Protein Data Bank", avec plus de 10 000 repliements différents.

Pour utiliser la cristallographie à rayons X, il faut faire "cristalliser les protéines". On dit souvent que cette technique est limitée par la qualité de cristaux de protéines, qui est moindre pour les grosses protéines. Mais cette notion ne correspond pas toujours à la réalité : par exemple, la structure du ribosome, l’énorme machine moléculaire qui assemble les protéines, a été résolue à 2,8 angströms de résolution. Venkatraman Ramakrishnan, Thomas Steitz et Ada Yonath ont reçu le prix Nobel de chimie en 2009 pour ce travail.

Avec le développement récent du laser X à électron libre (XFEL), il est devenu possible d’étudier simultanément des milliers de microcristaux de protéines à température ambiante et à l’échelle de la femtoseconde (10-15 secondes, soit un millionième de milliardième de seconde, l’échelle de temps à laquelle ont lieu les réactions chimiques et le repliement des protéines). Cette technique permet d’imager les protéines avant qu’elles ne soient détruites. Elle est en train de révolutionner la "cristallographie cinétique", qui permet de voir les protéines "en action", ainsi que la recherche de médicaments.

Pour l’instant, l’apport d’AlphaFold à l’étude de la structure des protéines par cristallographie s’est concentré dans la génération de modèles de protéines assez précis pour appliquer la technique dite de "remplacement moléculaire" à la résolution des structures.

La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire

Une autre méthode expérimentale pour étudier la structure des protéines est la "spectroscopie par résonance magnétique nucléaire". Alors que son alter ego d’imagerie médicale, l’IRM, regarde la distribution spatiale d’un seul signal, caractéristique des éléments chimiques dans les tissus biologiques observés, en spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, c’est un ensemble de signaux provenant des atomes constituant la protéine qui est enregistré (ce qu’on appelle le "spectre").

Généralement, la détermination de la structure par résonance magnétique est limitée à des protéines de taille modeste. On calcule des modèles de molécules basés sur des paramètres structuraux (comme des distances interatomiques), provenant de l’analyse des spectres expérimentaux. On peut s’imaginer cela comme dans les débuts de la cartographie, où des distances entre des points de référence permettaient de dessiner des cartes en 2D. Pour faciliter l’interprétation des spectres qui contiennent beaucoup d’information, on peut utiliser des modèles obtenus par prédiction (plutôt qu’expérimentalement), comme avec AlphaFold.

En plus de la détermination structurale, la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire apporte deux atouts majeurs. D’une part, en général, l’étude est effectuée avec un échantillon en solution aqueuse et il est possible d’observer les parties particulièrement flexibles des protéines, souvent invisibles avec les autres techniques. On peut même quantifier leur mouvement en termes d’amplitude et de fréquence, ce qui est extrêmement utile car la dynamique interne des protéines est aussi cruciale pour leur fonctionnement que leur structure.

D’autre part, la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire permet de détecter aisément les interactions des protéines avec des petites molécules (ligands, inhibiteurs) ou d’autres protéines. Ceci permet d’identifier les sites d’interaction, information essentielle entre autres pour la conception rationnelle de molécules actives comme des médicaments.

Ces propriétés font de la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire un outil extraordinaire pour la caractérisation fonctionnelle des protéines en complémentarité avec d’autres techniques expérimentales et l’IA.

La "cryomicroscopie électronique"

La cryomicroscopie électronique consiste à congeler ultrarapidement (environ -180 °C) un échantillon hydraté dans une fine couche de glace, qui sera traversée par les électrons. Les électrons transmis vont générer une image de l’échantillon, qui après analyse, permet d’accéder à des structures qui peuvent atteindre la résolution atomique. En comparaison, un microscope optique n’a un pouvoir résolutif que de quelques centaines de nanomètres, qui correspond à la longueur d’onde de la lumière utilisée ; seul un microscope utilisant une source possédant des longueurs d’onde suffisamment faibles (comme les électrons pour la microscopie électronique) possède un pouvoir résolutif théorique de l’ordre de l’angström. Le prix Nobel de Chimie 2017 a été décerné à Jacques Dubochet, Richard Henderson et Joachim Frank pour leurs contributions au développement de la cryomicroscopie électronique.

Avec de nombreux développements technologiques, dont celui des détecteurs à électrons directs, depuis le milieu des années 2010, cette technique est devenue essentielle en biologie structurale en amorçant une "révolution de la résolution". En effet, la cryomicroscopie électronique permet désormais d’obtenir des structures avec une résolution atomique, comme dans le cas de l’apoferritine – une protéine de l’intestin grêle qui contribue à l’absorption du fer – à 1,25 angström de résolution.

Son principal atout est de permettre de déterminer la structure d’objets de taille moyenne, au-delà de 50 000 Dalton (un Dalton correspond environ à la masse d’un atome d’hydrogène), comme l’hémoglobine de 64 000 Dalton, mais également d’objets de quelques milliards de daltons (comme le mimivirus, virus géant d’environ 0,5 micromètre).

Malgré toutes les avancées technologiques précédemment évoquées, la cryomicroscopie ne permet pas toujours de résoudre à suffisamment haute résolution la structure de "complexes", constitués de plusieurs protéines. C’est ici qu’AlphaFold peut aider et permettre, en complémentarité avec la cryomicroscopie, de décrire les interactions au niveau atomique entre les différents constituants d’un complexe. Cette complémentarité donne une force nouvelle à la cryomicroscopie électronique pour son rôle à jouer demain en biologie structurale.

Les apports d’AlphaFold

AlphaFold permet de prédire la structure de protéines uniquement à partir de leur séquence avec la connaissance acquise par la biologie structurale expérimentale. Cette approche est révolutionnaire car les séquences de beaucoup de protéines sont connues à travers les efforts des séquençages des génomes, mais déterminer leurs structures expérimentalement nécessiterait des moyens humains et techniques colossaux.

À l’heure actuelle, ce type de programme représente donc un acteur supplémentaire de complémentarité, mais ne se substitue pas aux techniques expérimentales qui, comme nous l’avons vu, apportent aussi des informations complémentaires (dynamiques, interfaces), à des échelles différentes (des sites métalliques aux complexes multiprotéiques) et plus fiables, car expérimentalement vérifiées. Au-delà de la pure détermination structurale d’une protéine isolée, la complexité des systèmes biologiques nécessite souvent une approche pluridisciplinaire afin d’élucider mécanismes et fonctions de ces biomolécules fascinantes que sont les protéines.

Auteur: Internet

Info: Published: December 19, 2022 Beate Bersch, Emmanuelle Neumann, Juan Fontecilla, Université Grenoble Alpes (UGA)

[ gnose chimique ]