Etude de la dynamique et de la physique statistique de modèles d'ADN non-linéaires à la dénaturation thermique

par Sahin Buyukdagli

Thèse de doctorat en Physique théorique

Sous la direction de Marc Joyeux.

Soutenue en 2007

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    L'axe principal de ce travail de thèse est la mise au point et l'étude théorique de modèles d'ADN non-linéaires afin de mieux comprendre le processus de dénaturation thermique. Nous avons commencé par proposer un modèle d'ADN unidimensionnel basé sur des énergies d'empilement finies et dépendantes de la séquence et montré que ce modèle reproduit très bien les aspects caractéristiques des résultats expérimentaux. Nous avons ensuite amélioré ce modèle en tenant compte de certains degrés de liberté de torsion. Une observatior expérimentale, à savoir l'amplification des fluctuations de température de l'ADN à la dissociation, a été étudiél et reproduite dans un contexte théorique. Dans le cadre de ce même travail, nous avons mis en évidence une dépendance en 1/f du spectre des fluctuations de température et proposé une explication à cette observation. Nous avons ensuite effectué une étude complète du comportement critique des modèles d'ADN homogènes' la limite thermodynamique. Pour cela, nous avons calculé les exposants critiques pour deux modèles d'ADN, démontré quantitativement la discontinuité de la transition de dénaturation et montré que deux lois d'échelle, parmi les quatre habituellement utilisées, ne sont pas vérifiées. Enfin, nous avons analysé, pour les modèles homogènes, les effets de finitude de taille sur la transition de phase de l'ADN et testé les hypothèses de la théorie de finite size scaling. Nous avons étudié le comportement des fonctions thermodynamiques et de la température de dissociation en fonction de la taille du système et montré en particulier que l'évolution de la température critique est en parfait accord avec le comportement en 1/N observé expérimentalement. Nos études en cours portent sur l'effet du désordre sur la transition de dénaturation de l'ADN.


  • Résumé

    The main goal of this thesis consists in proposing new non-linear DNA models and studying their properties in a theoretical context, in order to better understand the thermal denaturation process. We first proposed a one dimensional DNA model based on finite, site dependent stacking enthalpies. We showed that this model correctly reproduces the main characteristics of experimental melting curves. We then improved it by taking torsional degrees of freedom into account. Using these models, we confirmed a recent experimental observation, namely the amplification of temperature fluctuations of DNA at thermal denaturation. We furthermore pointed out the 1/f dependence of the power spectrum of temperature fluctuations and proposed ê possible expia nation for this result. Ln the second part of this phD work, we performed a complete statistical analysis of the critical behaviour of homogeneous DNA models, quantitatively checked the discontinuous character of the melting transition, and showed that two scaling laws (out of four) are not satisfied. Finally, we investigated finite-size effects on the melting transition of homogeneous DNA models and tested the hypotheses on which the finite size scaling theory relies. We also studied the behaviour of thermodynamical functions and the melting temperature as a function of the sequence length and showed that the evolution of the melting temperature perfectly matches the experimental1/N dependence. Ongoing work aims at understanding the effects of the heterogeneity of natural DNA sequences on their melting transition.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ( 154 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 148 à 152

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS07/GRE1/0151/D
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : TS07/GRE1/0151
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