Structure et dynamique de l'état natif et des états dénaturés par la chaleur et la pression de la calmoduline : une étude par diffusion de neutrons et spectroscopies optiques

par Gabriel Gibrat

Thèse de doctorat en Sciences biologiques. Biophysique

Sous la direction de Marie-Claire Bellissent-Funel.

Soutenue en 2007

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur l’étude de la dénaturation thermique et sous pression de la calmoduline, une petite (16 kDa) calci-protéine soluble, monomérique, et « majoritairement α », excellent système modèle pour les études de dépliement/repliement. Cette protéine existe sous deux forme, apo et holo, selon qu’elle a ou non fixé des ions calcium. La comparaison des chemins de dépliement par la chaleur et par la pression montre sans ambigüité que le dépliement des deux formes de calmoduline ne peut pas être correctement décrit par un simple modèle « à deux états » Natif  Déplié. Les stabilités issues des expériences sous pression et en température sont largement différentes, ce qui indique la présence d’états intermédiaires. Bien que le chemin de dénaturation thermique ne semble pas faire intervenir d’état intermédiaire de type « molten-globule », fréquemment rencontré en dénaturation de protéines, le chemin de dénaturation sous pression fait intervenir un état intermédiaire compact, dont le maximum de peuplement se situe autour de 3000 bar. Le comportement sous pression des deux formes de calmoduline est par ailleurs asymétrique : les domaines de la forme holo se contractent sous pression, ceux de la forme apo se dilatent. La conformation de l’état final de la dénaturation thermique de la forme apo s’apparente à celle d’une chaîne polymère Gaussienne, avec, toutefois, des structures secondaires résiduelles. Sa dynamique semble plus hétérogène que celle de l’état natif ; suggérant ainsi l’idée que la dynamique des atomes d’une protéine est dans une plus large part déterminée par leur distance au squelette peptidique que par leur exposition au solvant. Il est à noter que la dénaturation thermique de l’apo-calmoduline s’est avérée fortement irréversible. Dans une dernière partie, ce travail de thèse présente l’étude de la dénaturation d’un système plus complexe, oligomérique, la C-phycocyanine, protéine photosynthétique des cyanobactéries. Cette protéine se dénature selon un mécanisme hors-équilibre à l’échelle de l’expérimentation classique, à plusieurs états, avec dissociation des oligomères dans un premier temps, et dépliement des monomères dissociés dans un deuxième temps.

  • Titre traduit

    Structure and dynamics of native and thermal and pressure denatured states of calmodulin : a neutron scattering and optical spectroscopy study


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    This thesis work is concerned with the study of thermal and pressure denaturation of calmodulin, a small (16 kDa), monomeric, soluble, and “mainly α” calci-protein. This protein, that is an excellent model system for unfolding/folding studies, exists in two forms: the holo and the apo forms, depending on the presence or the absence of calcium ions. The comparison of thermal and pressure unfolding pathways shows clearly that the unfolding of both calmodulin forms cannot be correctly described using a “two-state” model (Native  Unfolded). The stabilities given by pressure unfolding experiments and by thermal unfolding ones are largely different, signing the presence of intermediate states. Even if thermal unfolding pathway does not exhibit “molten-globule” intermediate state, classically encountered in protein unfolding pathways, pressure unfolding pathways of both calmodulin forms contain compact intermediate state, with a maximum population around 3000 bar. Up to this pressure, the pressure behaviours of the two calmodulin forms are asymmetric: the domains of the holo form are compacted under pressure, while those of the apo form are dilated. The conformation of the final state of thermal unfolding of apo-calmodulin is similar to that of a Gaussian chain, with some residual secondary structures. Its dynamics looks more heterogeneous than that of the native state, suggesting that the distance of atom to protein backbone plays a more important role than the solvent exposure to the residue. An important finding is that the thermal unfolding of apo-calmodulin is irreversible. The last part of this thesis deals with the unfolding of a more complex oligomeric system: the C-phycocyanin photosynthetic protein. The unfolding pathway of this protein contains several steps, including firstly the oligomer dissociation, and secondly the unfolding of the dissociated monomer. This unfolding mechanism is out of equilibrium at the time-scale of classical experimentation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-264 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 201-209

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)297
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