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Vers un potentiel multipolaire quantitatif et transférable aux macromolécules biologiques : une étude méthodologique des effets de la polarisabilité

Authors
  • Leduc, Theo
Publication Date
Dec 19, 2019
Source
HAL-Descartes
Keywords
Language
French
License
Unknown
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Abstract

L’objectif de ce travail est d’améliorer la compréhension des interactions non-covalentes, à partir de l’étude de la densité électronique, notamment appliquée aux complexes protéines-ligands. La densité électronique est relativement conservée pour des atomes dans des contextes moléculaires similaires. Cette observation préalable fonde le principe de transférabilité. Cette approximation est à la racine des approches basées sur les bases de données, telles que la librairie de types atomiques ELMAM2, d’origine expérimentale. La base de données permet de reconstruire la densité électronique de molécules biologiques à partir de fragments observés lors d’expériences de cristallographie à haute résolution (exprimés dans le modèle multipolaire de Hansen et Coppens). Une approche novatrice est appliquée ici pour déterminer un type spécifique d’interaction électrostatique : l’interaction entre moments dipolaires induits. Cette interaction classique est représentée à l’aide d’un modèle de densité électronique transféré auquel est adjoint un ensemble de polarisabilités atomiques théoriques. Cette propriété décrit la réponse de la densité à l’application d’un champ électrique. Le développement de nouveaux outils informatiques, intégrés au logiciel MoProSuite, permet plusieurs axes d’étude présentés dans ce manuscrit. La transférabilité des polarisabilités atomiques est discutée pour évaluer leur conservation entre différents contextes moléculaires. Les interactions à courte portée entre molécules impliquent de très forts champs électriques. Leurs effets sont pris en compte en modélisant le phénomène de polarisation. L’adjonction de la polarisation à la densité électronique transférée est évaluée pour des systèmes biologiques et des petites molécules organiques. Ces densités transférées puis polarisées permettent de calculer des énergies d’interactions électrostatiques précises qui sont comparées à un banc de test théorique et appliquées à une étude de cas expérimental. L’étude de la topologie des champs scalaires, dans le cas du potentiel électrostatique au sein des complexes protéine-ligand, est encore à un stade de développement précoce. Le modèle et les nouveaux outils développés dans cette thèse permettent d’envisager l’application de cette approche, qui décrit la forme des champs de densité et de potentiel électrostatique, à des systèmes biologiques.

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