Fermeture de bulles de dénaturation de l'ADN couplées à l'élasticité de l'ADN

par Anil Kumar Dasanna

Thèse de doctorat en Physique de la matière

Sous la direction de Manoel Manghi et de Nicolas Destainville.

Soutenue en 2013

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La compréhension physique des processus biologiques tels que la transcription nécessite de bien connaître la physique de l'ADN double brin. Une de ses propriétés thermodynamiques remarquable est sa dénaturation à une température particulière, lors de laquelle il se déroule et se sépare en deux brins après avoir formé des bulles (segments de paires de bases ouvertes consécutives). La dynamique de dénaturation jusqu'ici été étudiée l'échelle de la paire de base, ignorant ainsi les degrés de la chaîne. Ces études n'expliquent pas les temps de fermeture trés longs, de 20 100\mu, mesurés par Alain-Bonnet et al. Température ambiante pour des bulles de 18 paires de base. Dans cette thèse nous nous interessons la fermeture de grandes bulles de dénaturation thermalisées, l'aide de simulations de dynamique Brownienne d'un modèle simple "gros grains"de l'ADN. Nous montrons que la fermeture se fait en deux temps : d'abord, la bulle initiale se ferme rapidement jusqu'à ce qu'elle atteigne un état métastable, causé par les grandes énergies de courbure et de torsion emmagasinées dans la bulle. Ensuite, la fermeture de la bulle metastable se fait en fonction de la longueur de l'ADN et des parametres elastiques, soit apres la diffusion rotationnelle des "bras" rigides jusqu'à l'alignement de ceux-ci, soit lorsque la bulle a diffusée jusqu'un bout de la chaîne, ou soit localement lors d'une activation thermique. Nous montrons ainsi que le mécanisme physique associé des longs temps de fermeture est le couplage entre les degrés de liberté d'appariement et de conformations de l'ADN.

  • Titre traduit

    Closure of DNA denaturation bubbles coupled to DNA elasticity


  • Résumé

    The physical understainding of biological processes such as transcription requires the knowledge of double-stranded DNA (dsDNA) is its denaturation, at the melting temperature, in which it unwinds into two single-stranded DNAs via the formation of denaturation bubbles (segment of consecutive unpaired base-pairs). The dynamics of denaturation has beenstudies so far at the base-pair (bp) scale, ignoring conformational chaindegrees of freedom. These studies do not explain the very long closure times of 20 to 100µs, measured by atlan-Bonnet et al. , of 18 bps long bubbles at room temperature. In this thesis, we study the closure of pre-equilibrated large bubbles, by using Brownian dynamics simulations of two simple DNA coarse-grained models. We show that the closure occurs via two steps : first, a fast zipping of the initial bubble occurs until a meta-stable state is reached, due to the large bending and twisting energies stored in the bubble. Then, the mete-stable bubble closes either via rotational diffusion of the stiff side arms until their alignment, or bubble diffusion until it reaches the chain end, or locally by thermal activation, depending on the DNA length and elastic moduli. We show that the physical mechanism behind these long timescales is therefore the dynamical coupling between base-pair and chain degrees of freedom.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2013 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Fermeture de bulles de dénaturation de l'ADN couplées à l'élasticité de l'ADN

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Informations

  • Détails : 1 vol. (117 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 109-117

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2013 TOU3 0292
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