Ces travaux de thèse présentent une étude des propriétés optiques et de la photofragmentation de protéines en phase gazeuse. Les expériences ont eét effectuées sur un montage couplant la spectroscopie optique (un LASER UV/Vis) à la spectroscopie de masse (un piège linéaire LTQ). Le photodétachement d'électron est utilisé comme sonde d'action pour l'étude des propriétés optiques des biomolécules ou comme initiateur de radicaux pour les expériences d'a-EPD. L'efficacité de la fragmentation a-EPD a été démontrée sur des petites protéines et son application aété étendue aux polymères synthétiques. Une étude comparative de l'a-EPD avec l'EDD a permis de mieux comprendre les mécanismes liés à la fragmentation d'anions radicalaires. Cestravaux de thèse ont également porté sur l'apport de la spectroscopie d'action par photodétachement sur des protéines entières dans le visible et le VUV. Le domaine du visible a été exploré au sein de notre laboratoire sur une métalloprotéine pour montrer l'importance de l'environnement protéique sur les propriétés optique du groupe porphyrine (hème). L'accès au rayonnement synchrotron SOEIL nous a pemis d'enregistrer les spectres d'action de protéines entières dans le VUV, encore inexplorés dans ce domaine de longeur d'onde. Pour la premièère fois sur une protéine anionique, un double détachement direct d'électrons corrélés a pu être observé. Enfin, des expériences de spectroscopie de photoélectrons (PES ont été réalisées en collaborations avec M. Kappes (Karlsruhe) afin d'enregistrer des spectres de photoélectron résolu en conformères et d'étudier ainsi la stabilité de protéines anioniques fortement chargées. / These thesis present a study of the optical properties and photofragmentation of gas phase protein . The experiments were performed on a mounting EET coupling optical spectroscopy ( UV / Vis LASER ) with mass spectroscopy ( linear trap LTQ ) . Photodetachment electron is used as a probe of Action for the study of optical properties of biomolecules or as radical initiator for experiments a- EPD . The efficiency of the fragmentation a-EPD has been demonstrated on small proteins and extended to synthetic polymers. A comparative study was to ESD -EPD has a better understanding of the mechanisms associated with the fragmentation of radical anions . Cestravaux thesis also focused on the contribution of action photodetachment spectroscopy on whole proteins in the visible and VUV . The visible range has been explored in our laboratory on a metalloprotein to show the importance of the protein environment on the optical properties of porphyrin group ( heme ) . Access to synchrotron radiation Soeil a management permit us to record the action spectra of whole proteins in the VUV , unexplored in the field of wave length . For premièère both an anionic protein , a direct double correlated electron detachment was observed . Finally , experiments with photoelectron spectroscopy (PES were carried out in collaboration with M. Kappes (Karlsruhe ) to record photoelectron spectra resolved conformers and thus to study the stability of highly charged anionic proteins .

Diese Dissertation legt den Grundstein für eine neue experimentelle Technik zur Untersuchung einzelner Nanopartikel in der Gasphase, durch Kombination von Nanopartikel-Massenspektrometrie (NPMS) mit Photodissoziations-Wirkungsspektroskopie. Zu diesem Zweck wurde ein neues NPMS Experiment entworfen, konstruiert und charakterisiert. NPMS, ist eine Technik bei der die absolute Masse eines einzelnen Nanopartikels in einer Paul-Falle optisch und daher zerstörungsfrei bestimmt wird. Die wesentliche Neuerung des aktuellen Aufbaus, und Kernelement dieser Arbeit, ist eine neue Tieftemperatur-Ionenfalle, mit verbessertem optischen Zugang, Temperaturkontrolle (8 to 350 K) und elektrischem Potential im Vergleich zu bisher verwendeten Modellen. / This doctoral thesis lays the foundations for a novel experimental technique, combining nanoparticle mass spectrometry (NPMS) with photodissociation action spectroscopy, to investigate single nanoparticles in the gas phase. To this end, a new NPMS setup was designed, constructed and characterized. NPMS , currently used in only a few laboratories worldwide, is a technique where the absolute mass of a single nanoparticle, trapped in a quadrupole ion trap (QIT), is determined non-destructive by optical means. The essential novelty of the current setup, and core element of this thesis, is a new cryogenic split-ring electrode trap (SRET) design, with improved optical access, temperature control (8 to 350 K) and trapping potential compared to previously used versions.

Traditional solution and solid state approaches (Nuclear Magnetic Resonance, X-Ray Crystallography) are methods of choice when analysing both biological and inorganic analytes. However, the characterisation of transient species, often encountered in self-assembling systems, is difficult. Such systems rarely produce crystals of high quality and due to their dynamic nature; their structures are difficult to study with NMR. Hyphenated gas phase methods which rely on mass spectrometry detection offer simultaneous structural analysis and direct stoichiometry measurement. As a consequence, it is possible to investigate specific, non-interacting molecules and molecular complexes in an isolated environment. This thesis focuses on the development and applications of two such methods - ion mobility mass spectrometry (IM-MS) and cold ion spectroscopy. IM-MS measurements yield a so called collisional cross sectional area (CCS). This parameter can be pictured as a rotationally averaged, shadow projection of a molecule structure. When correlated with the ion abundance, a CCS distribution yields intuitively interpretable information about the conformational preferences of an isolated molecule. Although indispensable in describing a "global" geometrical structure, the CCS parameter itself provides a limited insight into the local structural features of the assembly. Ion spectroscopy, both in the UV and IR regions, can provide an extra layer of highly descriptive information. Here, we present several cases where the above techniques have been applied. With the aid of IM-MS, we have analysed the geometry of inorganic supramolecular assemblies, highlighting the stability of particular metal-ligand interactions. Using cold ion spectroscopy, we have assessed the fine structural information of self-assembled oligomers of an amyloidogenic peptide. We correlated spectral features of isolated oligomers to features observed in the mature fibrils; therefore attempting to delineate the events in early stages of amyloidogenic aggregation. A major part of this report focusses on technological aspects of the design and development of a high resolution, variable temperature ion mobility mass spectrometer (VT-IM-MS). The thermal stability of molecules is a vital aspect in industrial process development and formulation science. Solution phase Differential Scanning Calorimetry (DSC) is a widely applied technique, allowing to monitor reversibility of thermally induced conformational transitions, a key aspect in protein folding analysis. The instrument reported here aims to provide parallel information about gaseous ions, with a particular focus on protein ions. Capabilities of the newly built instrument have been tested using small, rigid molecules, a small protein and a large multiprotein complex.

Les différents travaux présentés dans ce mémoire de thèse regroupent des études de spectroscopie en phase gazeuse de biomolécules et de systèmes molécule-agrégats métalliques. Le couplage de la spectroscopie de masse avec la spectroscopie laser UV/Visible et IR permet de réaliser de la spectroscopie d’action sur des ions et des complexes ioniques sélectionnés en masse et isolés dans un piège ionique. Les mesures renseignent sur les caractéristiques intrinsèques du système étudié permettant d’obtenir ses propriétés vibrationnels et électroniques. La principale partie de ce travail est axée sur l’étude des protéines et des processus chimiques mis en jeu dans leurs sous-parties essentielles, les acides aminés. Nous avons ainsi pu obtenir le spectre d’absorption optique en phase gazeuse de protéines entières. L’étude des systèmes radicalaires et notamment les propriétés du tryptophane radicalaire ont permis d’établir des signatures spectroscopiques pour diagnostiquer ces états réactifs. Les différents sites de complexation d’un cation métallique dans une séquence peptidique modèle ont permis d’illustrer la complémentarité des informations obtenues en regroupant les techniques de spectroscopie infrarouge et UV/Visible avec la mobilité ionique. Des approches ont été réalisées sur la synthèse de systèmes modèles en phase gazeuse et l’étude des précurseurs observés lors de la synthèse de nanoparticules en solution. Nous avons notamment pu synthétiser par collision en piège ionique et isoler un agrégat d’argent Ag42+ stabilisé. Le rôle des ligands dans les propriétés optiques des nanoparticules stabilisées par des molécules de type thiols a ainsi également été étudié / The Different works presented in this thesis include studies of gas phase spectroscopy of biomolecules and metal-molecule complex. Coupling mass spectrometry and laser spectroscopy in the UV/Visible and IR range allows for action spectroscopy of mass-selected and isolated ions in ion trap. Measures provide information on intrinsic characteristics of the system and informs on vibrational and electronic properties. The main part of this work focuses on the study of proteins and chemical processes involved in their subparts, amino acids. We were able to obtain optical absorption spectrum of entire proteins in the gas phase. The studies of radical systems incuding tryptophan radical properties have established spectroscopic signatures of these reactive states. Different sites of a metal cation, silver, in a model peptide sequence were used to illustrate the complementarity of infrared spectroscopy and UV/Visible with ion mobility to get information resolve preferential metal binding site. Others approaches have been done on the synthesis of model systems in the gas phase concerning the study of precursors observed during the synthesis of nanoparticles. In particular, we could synthesize collision in ion trap and isolate an Ag42+ stabilized cluster. The role of ligands on the optical properties of nanoparticles stabilized by thiol-type molecules has also been studied