Dichroïsme circulaire 1059937 30332846 2008-06-04T23:04:45Z Alain r 34670 /* Théorie */ [[Image:Circular dichroism.png|thumb|right|350px|Effet du dichroïsme circulaire sur deux rayons lumineux polarisés respectivement circulaire gauche et circulaire droite : ils ne subissent pas la même absorption.]] On dit qu'un matériau présente un '''dichroïsme circulaire''' s'il [[absorption|absorbe]] différemment la [[lumière]] selon que sa [[polarisation (optique)|polarisation]] est ''circulaire droite'' ou ''circulaire gauche''. La polarisation de toute [[onde lumineuse]] peut se décomposer en deux parties : l'une circulaire droite (PCD) et l'autre circulaire gauche (PCG). En présence de dichroïsme circulaire, l'une des deux composantes sera absorbée plus rapidement que l'autre. Cette propriété se rencontre plutôt dans les [[liquide]]s et les [[solution (chimie)|solutions]] du fait de la structure des [[molécule]]s. On suppose que c'est le cas pour le reste de l'article. ==Théorie== L'[[absorbance]] du milieu dichroïque présente deux valeurs, associées respectivement aux deux polarisations circulaires : <math>A_G</math> et <math>A_D</math>. On définit alors la différence entre ces deux absorbances : :<math>\Delta A=A_G-A_D \,</math>. Cette grandeur dépend de la [[longueur d'onde]], c'est-à-dire de la couleur de l'onde lumineuse utilisée. On peut aussi exprimer l'égalité ci-dessus à l'aide de la [[loi de Beer-Lambert]] : :<math>\Delta A = (\epsilon_G - \epsilon_D)Cl\,</math> , où <math>\epsilon_G\, </math> et <math>\epsilon_D\,</math> sont les [[absorptivité molaire|absorptivités molaires]] respectives de la lumière PCG et PCD, ''C'' est la [[concentration molaire]], et ''l'' est la longueur traversée. On définit alors le '''dichroïsme circulaire''' par : :<math> \Delta \epsilon =\epsilon_L-\epsilon_R\,</math>. Cependant la grandeur mesurée n'est pas directement cette dernière. En effet, il est seulement possible de mesurer l'[[ellipticité (optique)|ellipticité]] <math>\theta </math> grâce à des [[polariseur]]s. Cette ellipticité est un [[angle]] correspondant à la forme de la polarisation de la lumière : si la polarisation est rectiligne alors <math>\theta=0^\circ </math>, et si la polarisation est circulaire alors <math>\theta=45^\circ </math>. Et au fur-et-à-mesure que la lumière avance dans la solution dichroïque, sa forme se rapproche petit à petit vers un cercle. Autrement dit, son ellipticité s'approche de 45°. Pour relier l'ellipticité mesurée au dichroïsme circulaire, on a recours à une approximation très souvent vérifiée : on suppose que l'effet de ce dichroïsme est faible, c'est-à-dire <math>\Delta A\ll 1</math>. Dans ce cas, on peut montrer que : :<math>\Delta\epsilon\propto \frac{\theta}{Cl} </math>. Et en définissant l'''ellipticité molaire'' par : :<math>[\theta]=\frac{100\theta}{Cl}</math>, on obtient la relation directe entre la quantité mesurée et le dichroïsme circulaire : :<math> [\theta] = a \; \Delta\epsilon </math> &nbsp; &nbsp; &nbsp; avec <math>a=</math>3298 [[mètre|m]]².[[mole|mol]]<sup>-1</sup>. ==Application aux molécules biologiques== En général le dichroïsme circulaire apparaît dans toute molécule [[activité optique|optiquement active]]. En conséquence, cela apparaît dans les molécules biologiques du fait de leur [[chiralité]]. C'est le cas de certains [[sucre]]s et [[acide aminé|acides aminés]]. Leur [[structure secondaire]] joue également un rôle sur leur dichroïsme, c'est cette dernière propriété qui est utilisée en [[biochimie]]. Ainsi, les structures en [[hélice alpha]] et [[feuillet bêta]] des [[protéine]]s et en [[double hélice]] des [[acide nucléique|acides nucléiques]] présentent des dichroïsmes circulaires caractéristiques. D'après la [[mécanique quantique]], le dichroïsme circulaire est lié à la [[dispersion]] du [[pouvoir rotatoire]], c'est-à-dire au fait que celui-ci dépende de la longueur d'onde. Tandis que ce dernier est mesuré ''loin'' des [[bande d'absorption|bandes d'absorption]] des molécules utilisées, le dichroïsme circulaire est mesuré proche de ces bandes. Il est possible, en principe, de passer de l'un à l'autre grâce à des transformations mathématiques. La répartition [[spectre électromagnétique|spectrale]] du dichroïsme circulaire donne, dans le domaine des [[ultraviolet]]s, des informations importantes sur la structure secondaire des protéines. Par exemple, cela indique la proportion de la protéine dans les conformations en [[hélice alpha]], en [[feuillet bêta]], en [[structure des protéines#Coudes|coudes]], en structure aléatoire (''random coil'' en anglais) etc. Il est aussi possible d'observer la dénaturation d'une protéine par l'augmentation du signal correspondant à la structure aléatoire et la diminution des signaux hélice alpha et feuillet bêta. On peut également suivre le [[repliement]] de la protéine (processus inverse de la dénaturation) et déterminer quelle structure secondaire se forme en premier (il s'agit souvent des structures en hélices alpha). Ces informations permettent de réduire énormément les possibilités de structure de la protéine étudiée, mais elles ne donnent pas les emplacements des structures secondaires détectées. Cependant, le dichroïsme circulaire est un outil très efficace pour observer les modifications des conformations. Par exemple, il peut être utilisé pour montrer que la structure secondaire change en fonction de la température ou en fonction de la présence d'autres molécules. Dans ce sens, il révèle d'importantes informations sur l'aspect [[thermodynamique]] de la molécule. On peut également l'utiliser pour vérifier que la molécule étudiée est bien dans son état naturel, ou pour réaliser d'autres mesures [[spectroscopie|spectroscopiques]] non liées à ces conformations. Le dichroïsme circulaire donne moins d'informations sur la structure des protéines que la [[diffractométrie de rayons X]] ou la [[résonance magnétique nucléaire#La RMN en biologie structurale|RMN de protéines]], mais il permet de faire des mesures rapidement, sans nécessiter une grande quantité de protéines, et sans analyse compliquée des données. Ainsi, il permet d'étudier rapidement les protéines en faisant varier les conditions du [[solvant]], la température, le [[Potentiel hydrogène|pH]], la [[salinité]], etc. ==Limitations expérimentales== Le dichroïsme circulaire a été étudié chez les [[glucide]]s, mais avec un succès limité du fait des bandes d'absorption de ces molécules qui se trouvent dans une région des ultraviolets (100-200[[nanomètre|nm]]) difficile d'accès. Une autre difficulté réside dans le fait que les [[solution tampon|solutions tampon]] typiques absorbent souvent la lumière dans la gamme de pH favorable au dichroïsme circulaire. Ainsi, les tampons de [[phosphate]]s, de [[sulfate]]s, de [[carbonate]]s et d'[[acétate]]s sont souvent inutilisables. On préfère alors utiliser le [[borate]] et les [[sels d'ammonium]]. Quelques expérimentateurs ont remplacé, pour les mêmes raisons, les ions [[fluorure]] par les ions [[chlorure]]. Certains ont simplement travaillé avec de l'eau. Mais il est souvent nécessaire d'utiliser des cuves très fines pour limiter ces absorptions parasites. Des longueurs de 0.1 [[millimètre|mm]] ne sont pas rares. Il est intéressant de noter que les spectres de dichroïsme circulaire utilisés dans la détection de la [[structure secondaire]] sont liés à l'absorption entre les [[orbitale moléculaire|orbitales]] π et π* des [[liaison peptidique|liaisons peptidiques]]. Ces bandes d'absorption résident en partie dans la partie difficile d'accès des ultraviolets. Cette partie est inaccessible dans l'[[air]] à cause de la forte absorption de l'[[oxygène]] dans cette gamme de longueurs d'ondes. Dans la pratique, on réalise les mesures à l'aide d'instruments remplis d'[[azote]], et sans oxygène. Une fois que l'oxygène est éliminé, il faut optimiser le reste du système afin de limiter les pertes. Par exemple, les [[miroir]]s doivent être couverts d'aluminium, et optimisés pour la zone du spectre voulue (UV lointain). La source habituelle de lumière dans ce type d'instruments est une [[lampe à décharge]] haute-pression à [[xénon]]. Ce type de lampes est inutilisable dans l'UV lointain. Il faut utiliser des lampes spécialement fabriquées avec des enveloppes de [[verre quartz]] synthétique très pur. La lumière d'un [[synchrotron]] est encore plus intense dans ce domaine, et a été utilisée pour effectuer des mesures de dichroïsme circulaire jusqu'à des longueurs d'ondes de l'ordre de 160 nm. ==Voir aussi== * [[Dichroïsme]] * [[Pouvoir rotatoire]] * [[Chiralité]] * [[Polarisation (optique)]] ==Références== <references /> # Fasman, G.D., ''Circular Dichroism and the Confromational Analysis of Biomolecules'' (1996) Plenum Press, New York. # Hecht, E., ''Optics'' 3<sup>rd</sup> Edition (1998) Addison Wesley Longman, Massachusetts. {{Portail|physique|Biochimie}} [[Catégorie:Grandeur physique]] [[Catégorie:Optique ondulatoire]] [[Catégorie:Méthode de la biochimie]] [[Catégorie:Protéomique]] [[da:Cirkulær dikroisme]] [[de:Circulardichroismus]] [[en:Circular dichroism]] [[it:Dicroismo circolare]] [[ja:円偏光二色性]] [[pt:Dicroísmo circular]] [[sr:Циркуларни дихроизам]]