Les * indiquent une référence au lexique qui se trouve en bas de page de chaque partie.
Les acides aminés 65, 66 & 67
Le groupe chimique responsable de la luminescence de la GFP est constitué des acides aminés Ser65-Tyr66-Gly67 ( Serine, Tyrosine, Glycine )qui absorbent la lumière UV du fond de l'océan puis qui fluorescent vert. Ce groupe se situe au centre de la molécule dans l'hélice α ( image n°1 ) et forme ce que l'on appelle un fluorophore ( ou chromophore ), c'est-à-dire un groupe chimique, capable d'émettre de la lumière après excitation ce qui permet la fluorescence de la molécule toute entière. En effet la fluorescence est la capacité de certaines molécules d'absorber la lumière d'une longueur d'onde donnée (ici située autour des 400nm), et de les réémettre a une longueur d'onde plus grande. C'est ce que nous expliciterons dans le paragraphe suivant, comment fonctionne cette fluorescence ?
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image n°1 Localisation au sein de la proteine, du groupe chromophore, responsable de sa fluorescente. |
Elle a besoin pour devenir fonctionnelle d'évoluer dans un milieu dans lequel on observe la présence d'O2, ici l'océan, car on le sait, la bioluminescence d'un organisme résulte de l'oxydation de certaines cellules, grâce à l'intervention catalytique de la luciférase. Toutefois une oxygénation insuffisante du milieu n'empêche pas la synthèse de la protéine mais la maturation* du fluorophore ne se déroule pas. Cela confirme l'intervention d'O2 dans la mise en place du chromophore.
C'est la structure primaire* de la GFP, qui détermine ses structures secondaire et tertiaire*, et qui permet donc sa fluorescence.
Comment fonctionne la fluorescence ?
Une fois le groupe chromophore établi, après sa maturation, la fluorescence se fait en deux temps : l'absorption puis l'émission.
Un atome a une énergie quantifiée, cette énergie prend différentes valeurs, que l'on appelle niveaux d'énergie. Le niveau d'énergie le plus faible d'un atome est son état stable, état fondamental. C'est grâce à un apport extérieur d'énergie, comme l'effet d'un rayonnement, qu'un atome passe de son état fondamental à un état dit excité. Les états excités sont ceux associés aux niveaux d'énergie les plus élevés de l'atome. En effet, l'atome subit une transition de son état initial d'énergie Ej vers un état excité de plus haute énergie Ei en absorbant un photon. Le photon ou radiation lumineuse, représente une certaine quantité d'énergie, c'est une particule non chargée, de masse nulle, se déplacant à la vitesse de la lumière et transportant un quantum d'énergie ( quantité d'énergie ), noté E.
E = hc/λ h est la constante de Planck
h = 6,626・10^-34 J・s,
c est la vitesse de la lumière dans le vide,
c = 3,0・10^8 m.s-1
λ est la longueur d'onde en nm
E est en electronvolts ( eV )
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image n°2 |
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image n°3 Les différents états d'excitation d'un atome |
L'atome excité, au niveau Ei, va, lors d'une transition vers le niveau Ej, émettre un photon qui emporte l'excès d'énergie, il se désexcite. Dans la fluorescence, l'énergie d'émission est toujours plus faible que l'énergie d'excitation, et la longueur d'onde de la lumière d'émission est toujours plus élevée que celle de la lumière d'excitation. Cela explique le fait que la lumière fluorescente s'observe à la lumière noire, les longueurs d'ondes sont inversement proportionnelles aux quantums d'énergie ( quantités d'énergies ) ( image n°4 )
Une lampe à lumière U.V utilisée pour voir la fluorescence verte de la GFP, envoie des photons spécifiques à la lumière U.V, absorbé par le groupe chromophore de la protéine. Il subit une transition ce qui fait passer la molécule entière de son état fondamental à un état excité. Le retour à l'état initial s'accompagne de la restitution d'une partie de l'énergie absorbée. Cette désexcitation se réalise dans la longueur d'onde du vert (508nm).
La lumière ultraviolet se situe dans le domaine de longueur d'onde inférieur à 400nm. Ce que l'on appelle lumière noire est donc la lumière se situant autour des 400 nm, avant ou après (elle peut rester dans le domaine visible).
La lumière ultraviolet se situe dans le domaine de longueur d'onde inférieur à 400nm. Ce que l'on appelle lumière noire est donc la lumière se situant autour des 400 nm, avant ou après (elle peut rester dans le domaine visible).
Dans la suite du travail, nous verrons qu'il existe une large palette de variantes de la GFP, aux maximas d'excitation differents. La GFP que l'on peut qualifier de sauvage admet deux maximas d'excitation, le premier à 395 nm lorsqu'elle absorbe des photons émis par une lumière UV; le second a 475 nm lorsqu'elle absorbe des photons émis par une lumière bleue. ( image n°4 )
Lexique " Du groupe chromophore "
Maturation : dans le cadre de la mise en place de la structure tertiaire de la protéine, les différentes molécules du chromophore interéagissent pour le stabiliser. La maturation du fluorophore est responsable de l'absorption de photons suivie de l'émission fluorescente.
Structure primaire : longue chaîne flexible d'acides aminés, reliés les uns aux autres par des liaisons polypeptidiques.
Structures secondaire et tertiaire : la structure secondaire d'une protéine est formée des hélices et des feuillets. La structure tertiaire correspond à la configuration dans l'espace de la structure secondaire.