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1 - LUMIÈRE

2 - LUMIÈRE POLARISÉE

3 - ROTATION. DICHROÏSME CIRCULAIRE

4 - MOLÉCULES OPTIQUEMENT ACTIVES

5 - MÉTHODES DE MESURE

6 - APPLICATIONS

7 - CONCLUSION-PERSPECTIVE

Article de référence | Réf : R6470 v2

Conclusion-perspective
Activité optique : dichroïsme circulaire

Auteur(s) : Jean-Claude MAURIZOT

Date de publication : 10 déc. 2009

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RÉSUMÉ

L’utilisation de l’activité optique, en particulier à travers le dichroïsme circulaire, fait aujourd’hui partie des approches physico-chimiques classiquement utilisées dans les laboratoires de chimie et surtout des sciences de la vie. La connaissance de ce paramètre permet une meilleure compréhension des phénomènes fondamentaux du vivant. Après avoir introduit les différentes formes de polarisation de la lumière, cet article présente les principales caractéristiques de l’activité optique. Sont décrits ensuite les deux phénomènes essentiels et intimement liés, qui sont la rotation optique et surtout le dichroïsme circulaire. Différentes applications du dichroïsme circulaire pour l’étude des petites molécules et des biomolécules sont présentées.

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ABSTRACT

The use of optical activity, and in particular via circular dichroism, belongs to the most widely used physico-chemical approaches in chemistry and above all life science laboratories, to date. The knowledge of this parameter allows for a better understanding of the fundamental phenomena of living organisms. After introducing the various forms of light polarization, this article presents the main characteristics of optical activity. It then proceeds to describing two essential and strongly linked phenomena, namely the optical rotation and especially the circular dichroism. Various applications of the circular dichroism are presented for the study of small molecules and biomolecules.

Auteur(s)

  • Jean-Claude MAURIZOT : Ingénieur ENSCS - Directeur de recherche au CNRS - Centre de biophysique moléculaire (Orléans)

INTRODUCTION

Pratiquement tous les produits naturels, protéines, acides nucléiques, sucres, hormones, lipides, vitamines, antibiotiques, etc., manifestent le phénomène d’activité optique. Compte tenu du rôle important joué par les interactions entre ces différents types de molécules dans les processus biologiques, la connaissance de leur activité optique est cruciale pour la compréhension des phénomènes fondamentaux du vivant. De même la détermination de la chiralité ou de la pureté optique de certains composés est un élément extrêmement important dans l’industrie pharmaceutique ou alimentaire en raison des différences d’effets que peuvent présenter des isomères optiques.

La découverte de l’activité optique naturelle remonte au début du XIXe siècle avec Biot et Fresnel, et la première explication de l’origine de ce phénomène est due à Pasteur, en 1848. Ces avancées ont permis aux données de l’activité optique d’être parmi les premières utilisées, en particulier pour la caractérisation des molécules. La rotation molaire à la longueur d’onde de la raie D du sodium a longtemps été l’un des paramètres fournis dans la description d’un nouveau produit. Cependant, il a fallu attendre le milieu du XXe siècle pour que les mesures spectrales, en particulier la dispersion optique rotatoire, deviennent un outil utilisé en routine dans les laboratoires de chimie. Petit à petit, cette spectroscopie a laissé la place au dichroïsme circulaire qui est capable de fournir une information équivalente mais plus facile à mesurer et à interpréter que les spectres de dispersion optique rotatoire.

Dans un premier temps, nous décrirons la lumière (§ 1.) et ses différentes formes de polarisation (§ 2.) en nous basant principalement sur la théorie ondulatoire.

Après avoir décrit les principales caractéristiques de l’activité optique, nous présenterons les deux méthodes essentielles qui permettent de la mettre en évidence, la rotation optique et surtout le dichroïsme circulaire (§ 3.). Après avoir abordé les bases moléculaires de l’activité optique (§ 4.), nous donnerons des indications sur la manière de mesurer le dichroïsme circulaire (§ 5.). Enfin nous présenterons différentes applications du dichroïsme circulaire pour l’étude des petites molécules et des biomolécules (§ 6.).

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-r6470


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7. Conclusion-perspective

L’utilisation de l’activité optique, en particulier à travers le dichroïsme circulaire, fait aujourd’hui partie des approches physico-chimiques classiquement utilisées dans les laboratoires de chimie et surtout des sciences de la vie. Le développement des différents programmes de génomique, avec la production de protéines de plus en plus nombreuses, a donné un nouvel élan à cette technique. Les développements futurs de cette méthode se situent certainement au niveau de l’utilisation du rayonnement synchrotron comme nouvelle source de lumière : dans ces conditions, la lumière est beaucoup plus intense que celle fournie par les sources conventionnelles et de plus, cette lumière est naturellement polarisée. Cela améliore fortement le rapport signal sur bruit, permettant des acquisitions plus rapides, avec des échantillons contenant moins de matériel. Un autre très grand avantage de l’utilisation du rayonnement synchrotron est la possibilité de travailler dans l’ultraviolet « à vide » (pour des longueurs d’onde inférieures à 180 nm). Dans ces régions, de nouvelles bandes sont observées, donnant des informations supplémentaires sur les molécules étudiées. C’est par exemple le cas pour les protéines, où au minimum deux nouvelles transitions électroniques sont présentes, ce qui permet de procéder à une analyse structurale à la fois plus stable et plus précise qu’avec des spectres conventionnels. Des montages utilisant ce rayonnement sont installés ou en cours d’installation sur de nombreux synchrotrons construits récemment à travers le monde  à .

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - DRAKE (A.F.) -   Polarisation modulation-the measurement of linear and circular dichroism  -  J. Phys. E : Sci. Instrum. 19 170-181 (1986).

  • (2) - LEWIS (J.W.), TILTON (R.F.), EINTERZ (C.M.), MILDER (S.J.), KUNTZ (I.D.), KLIGER (D.S.) -   New technique for measuring circular dichroism changes on a nanosecond time scale  -  Application to (carbonmonoxy)myoglobin and (carbonmonoxy)haemoglobin. J. Phys. Chem. 89 (2), 289-294 (1985).

  • (3) - MOFFITT (W.), WOODWARD (R.B.), MOSCOWITZ (A.), KLYNE (W.), DJERASSI (C.) -   Structure and the Optical Rotatory Dispersion of Saturated Ketones  -  J. Am. Chem. Soc. 83 (19) 4013–4018 (1961).

  • (4) - WELLMAN (K.M.), BRIGGS (W.S.), DJERASSI (C.) -   Optical Rotatory Dispersion Studies. C. Variable-Temperature Circular Dichroism Studies of Ring-Conformational and Rotational Equilibria in Cyclohexanones  -  J. Am. Chem. Soc., 87 (1) 73-81 (1965).

  • (5) - GAWRONSKY (J.K.) -   Circular Dichroism and Chirality of Dienes. In Circular Dichroism : Principles and Appplications  -  Second Edition N Berova, K. Nakanishi, RW Woody Eds. Wiley-VCH publishers, New York, p 305-335 (2000).

  • ...

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