Les macromolécules biologiques sont des composants fondamentaux de toute cellule et sont donc essentielles pour la vie, quelle qu’elle soit.Ces molécules vitales sont réparties en quatre classes principales : carbohydrates, lipides, protéines et acides nucléiques. Caractériser les macromolécules biologiques est important pour comprendre leurs fonctions et relations, afin de permettre le développement de nouvelles thérapies et traitements. Dans cette branche de la recherche sur les macromolécules, la pharmacothérapie biothérapeutique se concentre sur les interactions macromoléculaires qui peuvent conduire à la maladie et/ou à la mort des cellules.

La microcalorimétrie, sous-catégorie de l’analyse thermique, est une technique pour mesurer l’enthalpie et les changements de capacité thermique lors des réactions. Deux techniques de microcalorimétrie, la calorimétrie à balayage différentiel (DSC, Differential Scanning Calorimetry) et la calorimétrie à titrage isotherme (ITC, Isothermal Titration Calorimetry), sont les méthodes standard pour caractériser la liaison intermoléculaire et la stabilité structurelle des macromolécules. La caractérisation biophysique par microcalorimétrie permet d’expliquer la relation entre la structure et la fonction d’une macromolécule biologique. Les signatures de liaison thermodynamique obtenues à partir de ces tests ne révèlent pas seulement la force d’une interaction, elles dévoilent aussi les forces motrices spécifiques ou non qui sont impliquées.

Les calorimètres à balayage différentiel caractérisent la stabilité moléculaire de biomolécules diluées en solution. Cette analyse est réalisée en déterminant les changements de capacité thermique molaire partielle de la protéine à pression constante (∆Cp). Avec ces mesures, la calorimétrie à balayage différentiel peut caractériser les structures de protéines ainsi que l’interaction entre protéine et ligand spécifique ou non spécifique. Les profils de stabilité structurelle obtenus par calorimétrie à balayage différentiel présentent les forces et faiblesses de la structure d’ordre supérieur et définissent le comportement de domaines individuels et leurs interactions.

La calorimétrie à balayage différentiel est en train de devenir un outil de diagnostic essentiel et complémentaire pour identifier et surveiller la progression d’une maladie. Les mesures de calorimétrie à balayage différentiel jouent également un rôle clé dans la découverte, la formulation et les panels de tests de recherche et développement des médicaments.

Les calorimètres de titrage isotherme sont conçus pour caractériser toute interaction moléculaire en mesurant directement les forces motrices thermodynamiques d’un système. Tous les événements de liaison s’accompagnent d’un dégagement ou d’une absorption de chaleur (une variation de l’enthalpie, ΔH). Une seule expérience de calorimétrie de titrage isotherme permet d’obtenir une caractérisation thermodynamique complète des réactions d’interaction.

La calorimétrie de titrage isotherme est de plus en plus employée pour décrire quantitativement des systèmes allant des protéines aux nanomatériaux. De plus, les mesures de calorimétrie de titrage isotherme permettent de caractériser les forces motrices fondamentales des réactions d’interaction moléculaire. Du fait que ces réactions absorbent ou dégagent de la chaleur, la calorimétrie de titrage isotherme quantifie la chaleur de la réaction et fournit une description thermodynamique complète de l’interaction de liaison, de la stœchiométrie de la liaison et de la constante d’association. Les analyses de calorimétrie de titrage isotherme permettent également de caractériser et de mesurer en temps réel une réaction cinétique enzymatique.

Le Nano DSC de TA Instruments est conçu pour des mesures ultra-sensibles de la chaleur absorbée ou dégagée par des biomolécules diluées en solution lorsqu’elles sont chauffées ou refroidies. Le Nano DSC obtient les données en utilisant une plus petite quantité d’échantillon que les dispositifs concurrents et son interface flexible d’acquisition de données permet de configurer facilement une expérience avec des mesures précises à chaque fois. Les utilisateurs peuvent contrôler précisément la température et la pression de l’expérience et la cellule de mesure à capillaire continu du calorimètre à balayage différentiel permet une détermination complète et précise des températures de transition (Tm) et de l’enthalpie (ΔH).

Les calorimètres des séries Affinity ITC et Nano ITC de TA Instruments offrent un niveau de sensibilité optimal et une flexibilité sans pareil pour la caractérisation des interactions moléculaires. Les analyses de calorimétrie de titrage isotherme sont rapides, non destructives, compatibles avec les substrats physiologiques et synthétiques, et s’avèrent aussi sensibles que les techniques spectroscopiques, sans avoir besoin de marqueurs spectroscopiques ou chimiques. Le titrage continu à injection unique est une alternative intéressante au titrage incrémental ITC traditionnel pour la caractérisation rapide de systèmes bien définis.

L’association de la calorimétrie à balayage différentiel et de la calorimétrie de titrage isotherme offre une approche directe pour déterminer la stabilité et l’affinité via la thermodynamique. Du fait que les fichiers bruts de calorimétrie à balayage différentiel et de calorimétrie de titrage isotherme sont analysés à l’aide du même logiciel, NanoAnalyze, le traitement de leurs données complémentaires pour une étude complète des matériaux est transparent.

Pour en savoir plus sur l’utilisation de la calorimétrie à balayage différentiel et de la calorimétrie de titrage isotherme pour la caractérisation des macromolécules, consultez ce guide de BioCompare. Si vous avez des questions sur ces instruments et sur leur adéquation à vos besoins de test, n’hésitez pas à contacter TA Instruments.