Etude de l'influence de la température et de la pression sur la structure et la dynamique de l'inhibiteur de la trypsine pancréatique bovine : une étude par diffusion de neutrons

par Marie-Sousai Appavou

Thèse de doctorat en Sciences biologiques. Biophysique

Sous la direction de Marie-Claire Bellissent-Funel.

Soutenue en 2005

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

mots clés

• UV-visible
• Infrarouge

Résumé

Ce travail de thèse porte sur une protéine de la catalyse enzymatique : l’inhibiteur de la trypsine pancréatique bovine ou BPTI qui est un système modèle très étudié par différentes techniques mais peu par diffusion de neutrons. Il s’agit d’une petite protéine (58 résidus d’acides aminés, poids moléculaire de 6500 Da) qui possède une très grande stabilité puisqu’elle ne peut être dénaturée à des température inférieures à 95°C ou à des pressions inférieures à 14 kbar. Cette stabilité est due à la présence de trois ponts disulfures et de trois ponts salins. Nous avons étudié la structure et la dynamique de l’état natif et des états dénaturés par la température et par la pression du BPTI par la technique de diffusion de neutrons. La diffusion de neutrons aux petits angles nous a permis d’observer une réduction du rayon de giration de la protéine en solution à 95°C et à 6000 bar. De plus, la forme du BPTI est modifiée depuis une forme ellipsoïdale dans l’état natif, vers une forme globulaire à 3000 bar et micellaire lorsque la pression atteint 5000 et 6000 bar. Des expériences complémentaires par spectroscopie infrarouge et UV-visible, en température et en pression, ont permis de confirmer ces résultats. La diffusion quasiélastique de neutrons a permis d’observer un effet antagoniste de la température et de la pression sur les mouvements globaux et sur la dynamique interne du BPTI en solution. L’augmentation de la température a pour effet d’induire des mouvements globaux et internes plus rapides tandis que l’augmentation de la pression induit un ralentissement de ces mouvements.

Titre traduit

Study of the influence of temperature and presure on structure and dynamics of bovine pancreatic trypsin inhibitor : a neutron scattering study

Résumé

The subject of this PhD thesis concerns a protein belonging to the enzymatic catalysis : the bovine pancreatic trypsin inhibitor or BPTI which is a model system much studied by several techniques but less by neutron scattering. It is a small protein ( 58 amino acid residues, a molecular weight of 6500 Da) which has a very high stability since it cannot be denatured at temperature below 95°C or at pressure below 14 kbar. This stability is due to the presence of three disulphide bridges and three salt bridges. We have studied the structure and the dynamics of native state and thermal and pressure denatured states of BPTI by neutron scattering technique. The small angle neutron scattering allowed us to observe a reduction of the radius of gyration of the protein in solution at 95°C and under 6000 bar. Indeed, the shape of BPTI is modified from an ellipsoidal one to a spherical one at 3000 bar, while it is well represented by a micelle when applied pressure values reach 5000 and 6000 bar. Further experiments by infrared spectroscopy and by UV-visible spectroscopy as a function of temperature and pressure allowed us to confirm our results. Quasielastic neutron scattering allowed us to observe an opposite effect of temperature and pressure on global motions and internal dynamics of BPTI in solution. Increasing temperature induces a faster dynamics of these global and internal motions whereas increasing pressure induces a slowing down of these motions.