La dynamique intracellulaire explorée par marquage isotopique et diffusion incohérente de neutrons

par Marion Jasnin

Thèse de doctorat en Biophysique

Sous la direction de Giuseppe Zaccai.

Soutenue en 2007

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .


  • Résumé

    L'objectif de la thèse était d'étudier la dynamique des molécules biologiques in vivo, sur l'échelle de la ps-ns, en combinant la diffusion incohérente de neutrons et le marquage isotopique hydrogène/deutérium. Les mouvements diffusifs de l'eau ont été explorés dans le cytoplasme d' E. Coli. L'étude a établi que la diffusion de l'eau intracellulaire est similaire à celle de l'eau pure, à température physiologique. Ce travail infirme le paradigme établi, selon lequel l'eau cellulaire est fortement ralentie par l'encombrement macromoléculaire. Les mouvements moléculaires internes et la diffusion globale des macromolécules ont été étudiés in vivo. Les résultats montrent que la proportion d'eau intracellulaire est un facteur déterminant dans la dynamique interne des macromolécules in vivo. L'encombrement macromoléculaire atténue cependant l'effet lubrifiant de l'eau sur les mouvements moléculaires internes. L'étude témoigne du fait que les échantillons standards (poudres et solutions) ne miment pas l'environnement physiologique. L'effet isotopique du solvant et l'influence de la deutériation sur la dynamique macromoléculaire moyenne, ont été explorés in vivo. Les macromolécules natives sont moins flexibles et moins résilientes en D20. La deutériation augmente légèrement la flexibilité structurale et diminue faiblement la résilience, ce qui suggère que l'utilisation du marquage isotopique est justifiée pour les études dynamiques. Ce travail souligne l'importance du contrôle négatif lors des mesures sur des échantillons sélectivement marqués et montre qu'un taux de marquage conséquent (> 10 %) est nécessaire pour observer la dynamique d'un composant spécifique.


  • Résumé

    The aim of the thesis was to investigate the dynamics ofbiological molecules in vivo, on the ps-ns time-scale, using a combination of incoherent neutron scattering and hydrogen/deuterium labelling. We measured water dynamics in the cytoplasm of E. Coli. The study showed that water diffusion in the bacteria is pure-like at physiological temperature. The work invalidated the established paradigm, according to which cellular water is strongly slowed down by macromolecular confinement. The internaI molecular motions and the self-diffusion of E. Coli macromolecules were studied in vivo. The results demonstrated that the large amount of cell water plays a decisive role in internaI dynamics in vivo. Macromolecular crowding, however, attenuates slightly the lubricating effect of water. The study showed that standard samples (powders and solutions) do not mimic accurately the physiological environment. The solvent isotope effect and the influence of macromolecular deuteriation on average macromolecular dynamics were explored in vivo. Flexibility and resilience were both found to be sm aller in DzO. Macromolecular deuteriation increases slightly structural flexibility and decreases slightly resilience, which suggests that the use of isotopic labelling is justified for dynamics studies. The work underlines the importance of the negative control for measurements on selectively labelled samples, and shows that a significant labelling ratio (> 10 %) is necessary to investigate the dynamics of a specific component.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ( p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.143 à 153

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS07/GRE1/0291/D
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  • Cote : TS07/GRE1/0291
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