Etude des effets de pH sur l'activité photo-induite de biomolécules à l'aide d'une approche multi-échelle CpHmD-puis-QM/MM

• Main Author: Pieri, Elisa
• Other Authors: Aix-Marseille
• Language: en
• Published: 2018
• Subjects: .; CpHMD; PH-Dependence; Absorption spectrum; Rhodopsin
• Online Access: http://www.theses.fr/2018AIXM0533/document

Un changement de pH peut induire une modification des propriétés chimiques et physiques des molécules, par exemple leur interaction avec la lumière. La modélisation de tels phénomènes est complexe en raison de l’ensemble statistique des états de protonation microscopiques et de la nature quantique de la propriété étudiée. Dans cette thèse, nous présentons un protocole de calcul qui associe une méthode capable d'échantillonner à la fois ces micro-états et les changements structuraux à un pH donné, et un cadre traitant la partie pertinente de la macromolécule avec des traitements avancés de mécanique quantique et le reste du système avec la mécanique moléculaire classique. Nous rapportons également la validation de ce protocole sur le relativement petit peptide M et son application à la rhodopsine sensorielle d'Anabaena, une protéine microbienne. Nous avons pu révéler quels sont les acides aminés titrables responsables du spectre d'absorption dépendant du pH de cette biomolécule === A change in the pH can modify the chemical and physical properties of molecules such as the way they interact with light. Modeling such phenomena is complex, because of the statistical ensemble of microscopic protonation states and of the very quantum nature of the property of interest. In this thesis, we present a computational protocol which merges a method capable of sampling at the same time these microstates and the structural changes at a given pH, and a framework treating the relevant portion of the macromolecule with advanced quantum mechanics treatments and the rest of the system with classical molecular mechanics. We also report the validation of this protocol on the relatively small peptide M and its application to the anabaena sensory rhodopsin, a microbial protein. We have revealed which are the titratable amino-acids responsible for the pH-dependent absorption spectrum of this biomolecule