Processus induits par l'irradiation de modèles peptidiques de la triple hélice du collagène en phase gazeuse

Radio-induced processes within peptidic models of the collagen triple helix in the gas phase

• Auteur / Autrice : Mathieu Lalande
• Direction : Jean-Yves Chesnel, Yannick Saintigny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 15/10/2018
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Nahon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Chesnel, Yannick Saintigny, Loïc Journel, Debora Scuderi, Françoise Ochsenbein, Jean-Christophe Poully
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Loïc Journel, Debora Scuderi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrométrie de masse

Faisceaux de photons

Ions

Spectroscopie de mobilité ionique

Peptides

Gaz

Rayonnements ionisants

Triple-hélice

Collagène

Mots clés libres

Phase gazeuse

Photons VUV et X

Collagen

Triple helix

Ionizing radiations

Gas phase

VUV and X-Rays photons

Carbon ions

Peptides

Ion mobility spectrometry

Mass spectrometry

Résumé

Le collagène est la protéine la plus abondante dans les mammifères, et le constituant principal de la matrice extracellulaire du cartilage. Les propriétés mécaniques de ce tissu sont dues à la structure particulière du collagène : la triple hélice. Lors de cette thèse, nous nous sommes intéressés à des peptides modèles de la triple hélice du collagène en phase gazeuse, ce qui permet l’étude de leurs propriétés intrinsèques, dont les processus fondamentaux induits par des rayonnements ionisants. Une étude structurale de ces systèmes par spectrométrie de mobilité ionique a permis de s’assurer qu’ils conservent bien leurs propriétés structurales et de stabilité en l’absence de solvant. De plus, cette stabilité se manifeste aussi lors de l’irradiation par photons ionisants dans un piège à ions. Par ailleurs, nous avons observé, grâce à la spectrométrie de masse, une transition entre photo-excitation et photo-ionisation lorsque l’énergie du photon absorbé augmente dans la gamme VUV-X. Une partie de cette énergie est également redistribuée dans les modes de vibration du système, croît avec l’énergie du photon, et induit la fragmentation inter puis intramoléculaire de la triple hélice. Nous avons également irradié pour la première fois des peptides en phase gazeuse par un faisceau d’ions carbones à l’énergie cinétique pertinente dans le contexte de l’hadronthérapie. Un processus non-observé avec les photons a été mis en évidence : le détachement de proton. Enfin, la validation d’un nouveau dispositif expérimental dédié à l’irradiation de protéines et brins d’ADN par des ions en faisceaux croisés, ainsi que les premiers résultats obtenus, seront abordés.

Collagen is the most abundant protein in mammals, and the main constituent of the extracellular matrix of cartilage. The mechanical properties of this tissue are due to the particular triple helical structure of collagen. In this thesis, we focused on peptidic models of the collagen triple helix in thegas phase, which allows reaching their intrinsic properties, including fundamental processes induced by ionizing radiations. An ion mobility spectrometry study of these systems proved that they retain their structural and stability properties in the absence of solvent. In addition, these stability properties also play a role after irradiation with ionizing photons in an ion trap. Furthermore, we have observed, thanks to mass spectrometry, a transition between photo-excitation and photoionization as the energy of the absorbed photon increases in the VUV-X range. Part of this energy is also redistributed in the vibration modes of the system, increases with photon energy, and induces intramolecular as well as intramolecular fragmentation of the triple helix. For the first time, we irradiated peptides in the gas phase by a carbon ion beam having a kinetic energy relevant in the context of hadrontherapy. A process that was absent from studies with photons has been observed : proton detachment. In the last chapter, the validation of a new experimental device dedicated to the irradiation of proteins and DNA strands in a cross-beam configuration, as well as the first results obtained, will be reported.