Comportement collectif de moteurs moléculaires : une étude théorique

par Thomas Guérin

Thèse de doctorat en Frontières du vivant

Sous la direction de Jean-François Joanny et de Jacques Prost.

Soutenue en 2010

à Paris 7 .


  • Résumé

    Plusieurs théories et expériences suggèrent que des assemblées de moteurs moléculaires peuvent générer des comportements complexes, comme le mouvement bidirectionnel et les oscillations, qui jouent peut-être un rôle important dans plusieurs systèmes biologiques. Nous étudions ces phénomènes collectifs de manière théorique. Nous examinons d'abord deux modèles existants : le modèle de moteurs rigides, et le modèle ""crossbridge". Nous traçons des diagrammes résumant les régimes d'oscillation, caractérisons la réponse non-linéaire d'une assemblée de moteurs et comparons nos résultats théoriques avec des expériences. Nous établissons un lien avec des modèles décrivant des oscillations de stick-slip. Nous introduisons ensuite un nouveau modèle, le modèle de moteurs flexibles. Ce modèle prédit l'existence de deux régimes d'instabilité distincts, et établit un lien explicite entre le modèle de moteurs rigides et le modèle "crossbridge". Le paramètre clef de la théorie décrit le piégeage des moteurs dans les puits de potentiel créés par le filament. Ce paramètre joue un rôle important dans un cas limite particulier de notre modèle, où l'on retrouve un modèle classique de friction solide. Dans notre théorie, la signature de la friction solide se trouve sous la forme d'une discontinuité de pente de la courbe force - vitesse. Enfin, nous étudions le bruit dans les assemblées de moteurs moléculaires. Bien que la condition de bilan détaillé ne soit pas satisfaite, il est possible de définir un potentiel effectif en effectuant une approximation WKB, ce qui permet de calculer analytiquement le temps de renversement de la vitesse dans le problème du mouvement bidirectionnel.

  • Titre traduit

    Collective behavior of molecular motors : a theoretical study


  • Résumé

    Several theories and experiments suggest that molecular motor assemblies can display complex behavior such as bidirectional motion and oscillations, possibly with important role in several biological Systems. We study theoretically these collective phenomena. First, we investigate two existing theories: the rigid two-state model and the ""crossbridge" model. We plot diagrams that summarize the accessible regimes of oscillations, we characterize the non-linear response of a motor assembly, and we compare our theoretical results with experiments. We also establish a link between oscillations generated by molecular motors assemblies and stick-slip oscillations appearing in a model of friction. Then, we introduce a new model describing molecular motor assemblies: the soft-motor model. This model predicts the existence of two distinct instability regimes, and establishes an explicit link between the rigid two-state model and the "crossbridge" model we have described before. In our model, the key parameter describes the pinning of the motors inside the potential wells created by the filament. This parameter also plays an important role in the single-state version of our model, which is a classical model of solid friction. Solid friction disappears in our theory, but its signature is found in a discontinuity of the slope of the force-velocity relation. Finally, we study the noise in molecular motor assemblies. Although the detailed balance condition is not satisfied, we show that it is possible to define an effective potential by doing a WKB approximation, which enables us to obtain an analytical expression for the reversal time in the problem of bidirectional motion.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (194 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 154 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2010) 240
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