SUPRAMOLÉCULAIRE (CHIMIE)

Les processus de transport et l'élaboration d'un transporteur

Parmi les différents mécanismes de transport, la diffusion facilitée, ou transport par l'intermédiaire de porteur, consiste dans le transfert d'un substrat à travers la membrane à l'aide d'une molécule transporteuse. Ce processus cyclique peut être considéré comme une catalyse physique qui effectue la translocation d'un substrat, juste comme la catalyse chimique effectue une transformation. Le porteur est le catalyseur de transport, qui augmente fortement la vitesse de passage d'un substrat par rapport à sa libre diffusion, contrôle sa sélectivité et permet le couplage du transport à d'autres processus, tels que le cotransport de protons (une pompe à protons) ou le cotransport d'électrons. L'espèce active est la supermolécule transporteur-substrat ; le transport est ainsi l'une des caractéristiques fonctionnelles de base des systèmes supramoléculaires, au même titre que la reconnaissance et la catalyse.

En fonction de facteurs internes, tels que la structure du ligand ou l'appariement ligand-cation, et de facteurs externes, tels que la nature du contre-ion, la nature de la membrane ou les concentrations des substrats et des transporteurs, les cryptants macrobicycliques des types 1 à 3 sont capables de transporter sélectivement des cations alcalins, même dans des conditions où les macrocycles naturels ou synthétiques montrent peu d'activité. On peut faire varier la vitesse et la sélectivité de transport pour les divers cations alcalins en modifiant la structure du cryptant. Les résultats expérimentaux et l'analyse cinétique indiquent qu'il existe une capacité de fixation optimale pour une très grande efficacité de transport. Des cations moléculaires comme les ions ammonium primaires, physiologiquement actifs, sont transportés sélectivement par les polyéthers macrocycliques.

En principe, les transporteurs d'anions peuvent être dérivés des récepteurs d'anions. Ce domaine a cependant été comparativement peu exploré, bien qu'il soit riche de développements potentiels, par exemple le transport sélectif des anions organiques et biologiques.

Deux exemples illustreront clairement la capacité de concevoir et de réaliser des processus de transport couplés.

Le symport (transport en parallèle) électron-cation a été réalisé dans un processus à deux transporteurs, dans lequel les électrons et les ions K⁺ sont transportés dans la même direction, pompés par un gradient redox. Ce transport utilise simultanément un transporteur d'électron – un complexe de nickel – et un transporteur de cation sélectif – un polyéther macrocycle.

Une régulation frappante de la sélectivité du transport de Ca²⁺ et K⁺ par le pH a été obtenue avec les deux isomères des transporteurs macrocycliques lipophiles de type 16 c dicarboxylate-dicarboxamide. Le processus met en jeu un symport compétitif de Ca²⁺ et de K⁺ couplé à un transport en retour de protons dans un gradient de pH (une pompe à protons). On passe d'un transport préférentiel de K⁺ à un transport préférentiel de Ca²⁺ en fonction du pH. Ces résultats montrent comment une conception appropriée conduit à des transporteurs réalisant une fonction donnée.

Le passage de cations à travers les membranes peut avoir lieu à travers un canal transmembranaire plutôt qu'à l'aide d'un transporteur mobile. Divers travaux sont actuellement menés pour synthétiser une structure canal à partir de sous-unités macrocycliques ou par assemblage de chaînes, par exemple.

Les études de transport fournissent les éléments pour la conception d'effecteurs, l'analyse des étapes élémentaires et des mécanismes du transport, le couplage du transport aux potentiels chimiques, la transduction d'énergie et de signaux, des modèles de processus de transport biologique,[...]