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La dégradation enzymatique de l’amidon filmée en 3D

Cartographie UV à haute résolution et hydrolyse enzymatique de l'amidon.

Maïs à éclater ou popcorn.. © Inra, MAITRE Christophe
Mis à jour le 08/07/2014
Publié le 30/06/2014

L'amidon, une des principales formes de mise en réserve du carbone chez les plantes, est un assemblage complexe de deux polymères de glucose, amylose et amylopectine. Il se présente  sous forme de grains dont la taille peut varier de 1 à 100 micromètres. Les amylases, enzymes majeures de l'hydrolyse de l'amidon, sont impliquées dans de nombreux processus biologiques (germination, fermentation, digestion) et dans la fabrication de différents produits alimentaires et non alimentaires (pain, bière, détergents, sirops de glucose, bioéthanol…). La structure des grains d’amidons est une caractéristique déterminant l’accès des amylases à leurs substrats polymériques, amylose et amylopectine.  Les mécanismes d’hydrolyse des amidons granulaires sont encore mal connus.

Hydrolyse de grain d'amidon de maïs par l’amylase d’A.flavothermus à 5, 135 et 315 minutes : Image en lumière visible (gauche), fluorescence du tryptophane en 2D (centre) et cartes 3D de fluorescence montrant la localisation de l'enzyme dans le grain d'amidon (droite). © Inra
Hydrolyse de grain d'amidon de maïs par l’amylase d’A.flavothermus à 5, 135 et 315 minutes : Image en lumière visible (gauche), fluorescence du tryptophane en 2D (centre) et cartes 3D de fluorescence montrant la localisation de l'enzyme dans le grain d'amidon (droite). © Inra
Deux enzymes microbiennes particulièrement efficaces pour hydrolyser l'amidon granulaire de maïs ont été récemment isolées par des chercheurs de la société Novozymes (DK), permettant ainsi la production de sirop de glucose à basse température et de biocarburant. La microscopie plein champ (Telemos) utilisant le rayonnement synchrotron. a permis, d'une part de suivre grain par grain les changements morphologiques induits par l'hydrolyse et, d'autre part, de visualiser la localisation de l'amylase en 3D.

Ces premiers résultats démontrent la potentialité de l'imagerie de fluorescence 3D haute résolution et plus généralement de l'imagerie des protéines par auto-fluorescence dans des milieux complexes. La technique est transposable à de nombreuses applications dans le domaine de l'imagerie biologique ou de l'enzymologie des systèmes complexes incluant la recherche sur les biocarburants.

Publication associée : Jamme, F., Bourquin, D., Tawil, G., Viksø-Nielsen, A., Buléon, A., & Réfrégiers, M. ("In Press"). 3D Imaging of Enzymes Working in Situ. Analytical Chemistry.

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Pays de la Loire