Etude théorique de processus photophysiques dans les protéines fluorescentes

par Germain Vallverdu

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie - Physique

Sous la direction de Isabelle Demachy.

Soutenue en 2009

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


  • Résumé

    Ce manuscrit présente une étude théorique de protéines de la famille de la Green Fluorescent Protein, GFP. Ces protéines permettent grâce à leurs propriétés de fluorescence d'explorer un nombre croissant de processus biologiques in vivo. Les approches numériques, complémentaires aux études expérimentales, peuvent apporter une compréhension microscopique des processus mis en jeu et contribuer à l'interprétation des propriétés photophysiques de ces protéines. La première partie de ce manuscrit présente l'étude par simulation moléculaire de l'effet du changement de pH sur la structure de la Cerulean et sur son spectre d'absorption. Ces calculs nous ont permis d'établir que le décalage du spectre d'absorption, observé expérimentalement en fonction du pH, est dû à une isomérisation du chromophore liée au changement de l'orientation de la chaîne latérale d'un acide aminé proche. La deuxième partie de ce manuscrit aborde l'étude d'un mécanisme de désactivation de la fluorescence dans la GFP. Nous avons proposé une approche, combinant des simulations de dynamique moléculaire biaisée et de dynamique brownienne, afin de déterminer la cinétique d'un mécanisme de désactivation de la fluorescence lié à une torsion du chromophore. Nous avons pu obtenir des distributions de temps de n^ème passage aux géométries critiques et en déduire des informations quantitatives sur le déclin de fluorescence. Les outils développés et leurs futurs développements permettront de progresser dans la compréhension de la relation entre l'isomérisation du chromophore, le pH et le déclin de la fluorescence qui sont étroitement liés dans les protéines fluorescentes.

  • Titre traduit

    Theoretical study of photophysical processes in fluorescent proteins


  • Résumé

    This Phd presents a theoretical study of proteins of the Green Fluorescent Protein family. These proteins allow to obtain new insight into a lot of in vivo biological processes. However, their photophysical properties are not always well controlled. Theoretical studies are complementary to experimental studies. Tt allows us to obtain a better understanding of microscopic processes and to contribute to the interpretation of photophysical properties of these proteins. The first part of this Phd deals with a molecular dynamics study of the effect of the pH on the structure and the absorption spectra of the Cerulean. This study demonstrates that the shift of the absorption spectra experimentally observed is due to a chromophore isomerisation linked to a motion of the side chain of an amino acid close to the chromophore. The second part of this Phd focuses on the study of the fluorescent decay of the Green Fluorescent Protein. We have developed an approach involving biased molecular dynamics simulation and Brownian dynamics simulations in order to determine the kinetics of a quenching mechanism. This approach allowed us to get the n^th passage time distributions at critical geometries and to compute quantitative data of the fluorescent decay. The tools we have developed in this Phd and their future improvements will allow to go on in the understanding of the relation between chromophore isomerisation, pH and fluorescent decay, which are strongly related in fluorescent proteins.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (211 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 187-196

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(2009)90
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