Le transfert d'un analogue de lysine au travers de membranes de phospholipides a été étudié. Des simulations de dynamique moléculaire et des calculs d'énergie libre ont été conduits afin d'étudier l'évolution du pKa de cette molécule en fonction de sa position à l'intérieur de la membrane. Des grandeurs cinétiques telles que la perméabilité et les constantes de réaction associées au transfert ont montré que ce processus est susceptible de ce produire sur des échelles de temps appartenant à la ms. La comparaison de ces grandeurs dans des membranes constituées d'étherlipides et de lipides avec des chaînes branchées a été faite par la suite. Les études ont montré une diminution de la perméabilité et une augmentation du temps de passage dans des membranes faites d'étherlipides. L'ajout de méthyles le long des chaînes carbonées augmentent également le temps de passage et la perméabilité mais de manière moins importante. Cependant, le pKa indique que la forme chargée ne peut être retrouvée aussi profondément que dans une membrane constituée de chaînes linéaires. Finalement, le transfert du peptide a été étudié en estimant des surfaces d'énergie libre multidimensionnelles. La coordination de l'amine avec les molécules d'eau dans sa première sphère d'hydratation et la projection de la distance par rapport au centre de la membrane a été étudié. De nouvelles possibilités pour le changement d'état de protonation du peptide sont apparues. Contrairement au cas 1D, la forme neutre peut apparaître déjà dans la région des têtes polaires pour une certaine valeur de la coordination. Ces valeurs, inférieures à celles du milieux aqueux, peuvent être atteintes à l'interface d'après les surfaces déterminées / The transfer of a lysine amino acid analog across phospholipid membrane models was investigated using molecular dynamics simulations. The evolution of the protonation state of this small peptide as a function of its position inside the membrane was studied by determining the local pKa by means of free energy calculations. Permeability and mean first time passage were evaluated and showed that the transferoccurs on the sub-ms time scale. Comparative studies were conducted to evaluate the changes in the local pKa arising from the differences in the phospholipid chemical structure. We compared hence the effect of the ether vs ester linkage of the lipid head group as well as the linear vs branched lipid tails. The study reveals that protonated lysine residues can be buried further inside ether lipid membrane than ester lipid membrane while branched lipids are found to stabilize less the charged form compared to their un-branched lipid chain counterparts. As a result, the permeability and the transfer rate across a membrane constituted by ether lipid was found to slower than in membranes constituted by esterified lipids. Finally, multidimensionnal free-energy surfaces for the transfer of the peptide in its both states, charged and neutral, were estimated. The coordination of the amine with the water molecules in its first hydration shell with the projection of the distance from the center of the membrane were used as reaction coordinates. New possibilities for the deprotonation reaction were found, the latter appearing closer to the headgroup region. This finding suggests that if the lysine analog were less coordinated by water molecule a deprotonation is possible in the headgroup region

La chitotriosidase (CHIT1) est une chitinase humaine appartenant à la famille glycosyl hydrolase 18 (GH18) qui hydrolyse la chitine. CHIT1 présente plusieurs caractéristiques enzymatiques conservées dans la famille GH18 qui ne sont pas complètement comprises. Pour renforcer nos connaissances sur le mécanisme catalytique de CHIT1 et de la famille GH18, j'ai amélioré la résolution des structures obtenues par diffraction de rayon-X du domaine catalytique de CHIT1. Ces structures correspondent à la forme apo de CHIT1, pseudo-apo ainsi qu’en complexe avec la chitobiose ont été obtenues à des résolutions comprises entre 0.95Å et 1.10Å. Mes résultats m’ont permis de proposer un nouveau mécanisme d’hydrolyse des chaines chito-oligosaccharidiques. En outre, grâce à une nouvelle stratégie de cristallisation, la première structure cristalline de CHIT1 complète a pu être obtenue à une résolution de 1.95Å. Mon étude donne de nouvelles perspectives sur le mode d'action de CHIT1 et les caractéristiques enzymatiques conservées dans la famille GH18. / Chitotriosidase (CHIT1) is a human chitinase belonging to the glycosyl hydrolase family 18 (GH18), a highly conserved enzyme family. GH18 enzymes hydrolyze chitin, a N-acetyl glucosamine polymer. CHIT1 is characterized by many enzymatic features that are conserved in GH18 and not completely understood. To increase our knowledge on the catalytic mechanism in CHIT1 and GH18 family, I improved the X-ray resolution crystal structure of CHIT1 catalytic domain in apo and pseudo apo forms as well as in complex with a synthetic substrate to a resolution range between 0.95Å and at 1.10Å. My results allow me to suggest a new mechanism for chito-oligosaccharide chains hydrolysis. Moreover, thanks to a new a crystallogenesis strategy, I obtained the first crystal structure of full length CHIT1 at 1.95Å resolution. My study presents many structural and mechanistic aspects of CHIT1 which gives new insights onto its mode of action and shed light into the conserved enzymatic features in GH18 chitinase family.