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.

Les biocapteurs sont des moyens d’analyse en plein essor à la fois rapides, sélectifs et peu coûteux applicables à des domaines extrêmement variés (environnement, santé, agroalimentaire,…). Dans ce type d’outil, un élément sensible de nature biologique (anticorps, enzyme, microorganisme, ADN…) doté d’un pouvoir de reconnaissance pour un analyte ou un groupe d’analytes est associé à un transducteur pouvant être de type électrochimique, optique ou thermique. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés au développement de différents biocapteurs se basant sur l'immobilisation d'enzymes ou de bactéries sur des microélectrodes en vue d’une détection électrochimique. Nous avons montré les potentialités d’application de deux biocapteurs conductimétriques à base de protéinase K ou de protéinase K et de pronase à la détection des modifications de conformation de la myoglobine et de l’albumine de sérum bovin au cours de leur relargage à partir de microsphères de poly (ε-caprolactone). Nous avons également mis au point un biocapteur conductimétrique à base de catalase et d’alcool oxydase pour une détection rapide et sensible des alcools ainsi que deux biocapteurs à catalase pour la détection impédimétrique et conductimétrique du cyanure et l’étude des interactions catalase-cyanure. Nous avons enfin élaboré des biocapteurs bactériens à base de Pseudomonas putida F1 pour la détection du trichloroéthylène dans les eaux souterraines. Pour cela, une voie originale d’immobilisation des cellules, basée sur la fonctionnalisation du transducteur à l’aide de couches autoassemblées et d’anticorps, ainsi que l’utilisation de nanotubes de carbone, a été explorée / The development of biosensors is an expanding research area. Indeed, biosensors are rapid, selective and cost-effective analytical tools which find applications in various fields (environment, health, food,…). They are constituted of a sensitive biological element (antibody, enzyme, microorganism, DNA…), which can selectively recognize one analyte or a group of analytes, associated to an electrochemical, optical or thermal transducer. In this work, we developed different biosensors based on enzymes or bacteria immobilised onto microelectrodes in view of electrochemical detection. First, we demonstrated the potentialities of two conductometric biosensors based on proteinase K or proteinase K and pronase for the detection of myoglobin and bovine serum albumine conformation changes during their release from poly (ε-caprolactone) microspheres. Then, we elaborated a bi-enzymatic conductometric biosensor with catalase and alcohol oxidase as sensing elements, for a rapid and sensitive detection of alcohols. Catalase impedimetric and conductometric biosensors were also developed for cyanide detection and used for the study of catalase-cyanide interactions. Finally, we prepared Pseudomonas putida F1 whole cell biosensors for the determination of trichloroethylene in groundwaters. For that, an original route, including the functionalisation of the transducer with a self-assembled-monolayer and antibodies, and the use of single-wall carbon nanotubes, was investigated for cell immobilisation