Le VIH infecte les cellules par fusion de sa membrane avec la membrane de la cellule cible. Cette fusion est effectuée par les glycoprotéines de l'enveloppe (Env) qui sont synthétisées en tant que précurseur, gp160, qui est ensuite clivé en gp120 et gp41. La protéine gp41 est la partie transmembranaire du complexe de l'enveloppe et l’ancre à la particule virale alors que la gp120 assure la liaison au récepteur cellulaire CD4 et corécepteur CCR5 ou CXCR4. Ces interactions successives induisent des changements de conformation d’Env qui alimentent le processus d'entrée du virus conduisant finalement à l'insertion du peptide de fusion de la gp41 dans la membrane de la cellule cible. La sous-unité extérieure gp120 contient cinq régions variables (V1 à V5), dont trois (V1, V2 et V3) étant capables d’empêcher l’adoption spontanée de la conformation liée à CD4. Cependant, le rôle de régions variables V4 et V5 vis-à-vis de ces changements de conformation reste inconnu. Pour étudier leur effet, des mutants de l'isolat primaire de clade B YU2, comprenant une délétion de la V5 ou une mutation au niveau de tous les sites potentiels de N-glycosylation de la V4 (PNGS), ont été générés. L'effet des mutations sur la conformation des glycoprotéines d'enveloppe a été analysé par immunoprécipitation et résonance de plasmon de surface avec des anticorps dont la liaison dépend de la conformation adopté par la gp120. Ni le retrait des PNGS de la V4 ni la délétion de V5 n’a affecté les changements conformationnels d’Env tels que mesurés par ces techniques, ce qui suggère que les régions variables V1, V2 et V3 sont les principaux acteurs dans la prévention de l’adoption de la conformation lié de CD4 d’Env. / HIV infects cells by fusing its membrane with the membrane of the target cell. This fusion is performed by the envelope glycoproteins (Env) which are synthesized as a precursor, gp160, which is later cleaved into gp120 and gp41. The transmembrane protein gp41 anchors the envelope complex to the viral particle whereas the gp120 ensures the binding to the cell receptor CD4 and coreceptor CCR5 or CXCR4. These sequential interactions trigger conformational changes on Env that fuel the viral entry process ultimately leading to the insertion of the gp41-derived-fusion peptide into the target cell membrane. The exterior subunit gp120 contains five variable regions (V1 to V5), of which three (V1, V2 and V3) have been shown to restrain the spontaneous sampling of the CD4-bound conformation by gp120. However, the role of variable regions V4 and V5 in these conformational changes remains unknown. To investigate their effect, mutants of the clade B YU2 primary isolate, comprising a deletion of the V5 or mutating all V4 potential N-linked glycosylation sites (PNGS), have been generated. The effect of mutations on the conformation of the envelope glycoproteins was analyzed by immunoprecipitation with conformation-dependent antibodies and surface plasmon resonance. Neither the removal of the V4 PNGS nor the removal of V5 affected Env conformational changes as measured by these techniques. Thus, suggesting that variable regions V1, V2 and V3 are the major players in preventing Env from spontaneously snapping into the CD4-bound conformation.

L'ATPase-Ca2+ du réticulum sarcoplasmique est une protéine membranaire dont plusieurs conformations ont été résolues par cristallographie des rayons X. Ces structures ont été précieuses pour l'interprétation de nos études fonctionnelles sur le rôle du domaine A et de la boucle L6-7 de l'ATPase. Mais nous avons montré que les conditions de cristallisation aboutissent parfois à des structures paradoxales : la présence de concentrations importantes de Ca2+ pendant la cristallisation en présence d'AMPPCP conduit l'ATPase à adopter une conformation probablement différente de sa structure moyenne en solution; de même, dans les conformations de l'ATPase proches de l'état phosphorylé «E2P», les inhibiteurs généralement utilisés pour stabiliser l'ATPase bloquent de façon artéfactuelle l'ouverture des sites Ca2+ vers la lumière du réticulum. Nous avons tenté de comprendre les avantages et inconvénients de divers polymères amphiphiles conçus pour stabiliser en solution les protéines membranaires.

Les surfaces de polymères électro-stimulables font partie de la catégorie des surfacesintelligentes. Elles sont capables de modifier leurs propriétés lorsqu’elles sont stimulées par unchamp électrique. Au cours de cette thèse nous avons fabriqué des surfaces de chaines depolyélectrolytes faibles greffées (PAA, P2VP, PDMAEMA), soit par auto-assemblage, soit partransfert via la balance de Langmuir. Nous avons ensuite étudié l’organisation des chaines depolyélectrolytes à la surface en fonction des conditions de pH et de sel de la sous-phase dans labalance de Langmuir. Avant de stimuler ces chaines de polyélectrolytes greffées à l’aide d’unchamp électrique, nous avons étudié leur sensibilité à la variation de pH et à la variation de laconcentration en sel. Pour cela des mesures d’épaisseurs de films de polyélectrolytes et desmesures d’angle de contact ont été effectuées. Ces études préliminaires nous ont permis desélectionner des valeurs de densité de greffage des chaines de polyélectrolytes ainsi que le pH etla concentration en sel de la solution adaptés pour la stimulation des surfaces par un champélectrique. Nous avons alors montré que les chaines greffées de PAA et de PDMAEMA étaienttrès sensibles à la variation de la tension électrique lorsque le pH est proche du pKa ou du pKb dela surface : pour une charge de la surface identique aux charges des chaines de polyélectrolytes,ces dernières vont adopter une conformation de brosse tandis qu’elles seront collapsées lorsque lacharge de la surface est de signe opposé aux charges des chaines. Cette transition réversible deschaines en fonction de la valeur de la tension appliquée permet de contrôler les propriétés demouillage et d’adhésion de ces surfaces. En revanche, pour un pH proche du pKb, les chainesgreffées de P2VP sont peu sensibles à l’application d’un champ électrique. Nous avons supposéque cela était dû à une variation de pH local au sein des chaines lorsque le champ électrique estappliqué. / Electro-responsive polymer surfaces are able to change their properties when they are stimulatedby an electric field. In this work, we grafted weak polyelectrolyte on surfaces by self-assembly orby transferring the molecules using the Langmuir-Schaefer method. First we studied theorganization of the polyelectrolyte chains at the surface for different pH and salt concentration ofthe subphase used in the Langmuir trough. Then we explored the response of the surfaces to pHand salt concentration changes by measuring the thickness variation of the polyelectrolyte filmsand the changes in contact angle. These preliminary studies allowed us to select the graftingdensity of polyelectrolyte chains and the pH and salt concentrations of the aqueous solutionadapted for the stimulation of the surfaces by an electric field. We then demonstrated that PAAand PDMAEMA grafted chains were very sensitive to the variation of the applied voltage whenthe pH is close to the pKa or from the pKb of the surface. If the charge of the surface has the samesign as the charges on the polyelectrolyte chains, the latter would adopt a brush conformation,whereas if the charge of the surface has the opposite sign compared to the sign of the charges onthe polyelectrolyte chains, the chains would collapse. This reversible transition of the chainsconformation with the sign of the applied voltage allowed us to control the wetting and theadhesion properties of these surfaces. Nevertheless, for a pH close to the pKb, the P2VP graftedchains are almost unresponsive to the application of an electric field. We supposed that this is theconsequence of a local pH variation inside the grafted chains when the electric field is applied.

Les structures cristallographiques de macromolécules comme les protéines, obtenues par la biologie structurale sont des modèles statiques. Or, c'est la flexibilité et la dynamique de ces macromolécules qui sont généralement responsables de leurs fonctions. La simulation permet d'explorer cette flexibilité lors de différents phénomènes qui ont lieu dans ces systèmes : une réaction chimique, des interactions avec une petite molécule… Simuler de tels phénomènes est un défi car la dynamique moléculaire classique ne permet pas de les observer. Des algorithmes permettent d'accélérer l'échantillonnage des dynamiques pour lever cette limitation et de calculer les barrières d'activation pour de tels phénomènes. Simultanément, le choix du niveau de calcul est crucial car il faut concilier la taille importante des systèmes, la nature des interactions et les phénomènes électroniques impliqués. Dans ce travail, différentes méthodes, dont principalement la métadynamique soit au niveau classique ou quantique, ou encore en combinant les deux niveaux quantique/classique, seront utilisées pour modéliser quatre processus complexes : des changements de conformations d'une protéine, des interactions entre métalloprotéine et inhibiteur, des réactions en solution et dans une enzyme. / Crystallographic structures of macromolecules, such as proteins, obtained by structural biology are static models. However, flexibility and dynamics of macromolecules are generally responsible for their functions. Modeling allows us to explore this flexibility in different phenomena that take place in these systems: a chemical reaction, interaction with a small molecule... Modeling such phenomena is a challenge because they cannot be observed by classical molecular dynamics. Algorithms can accelerate sampling of dynamics to simulate these events and calculate their activation barriers. Simultaneously, the choice of the level of calculation is crucial because it must merge with the size of the systems, the nature of interactions and the electronic phenomena involved.In this thesis, some methods, mainly metadynamics at classical level, quantum or the hybrid quantum/classical level, will be used to model four complex processes: conformational changes of proteins, metalloprotein/inhibitor interactions, reactivity in solution and enzymatic reactivity.