La LTP1 extraite de feuille de Nicotiana tabacum, nommée LTP1_1, a été produite dans Pichia pastoris. Nous avons ainsi déterminé sa structure tridimensionnelle par RMN 2D, 3D et modélisation moléculaire. Différentes études d'interaction et de dynamique ont ensuite mis en évidence des propriétés de fixation particulières comparativement aux autres LTPs. Ces travaux ont servi de base à la détermination de structures d'autres LTP1 de tabac par modélisation comparative et à des simulations de dynamique moléculaire à température ambiante et à haute température. De plus, nous avons cartographié la cavité hydrophobe de la LTP1_1 en utilisant la RMN du xénon hyperpolarisé.<br />L'ensemble de ces travaux a permis d'identifier les acides aminés impliqués spécifiquement dans la fixation des lipides. Nous avons découvert que les propriétés remarquables de fixation des LTP1 sont liées non seulement à leur structure originale mais également à leur dynamique particulière.

Dans la cellule des organismes vivants, le solvant (l'eau) joue un rôle très important dans la stabilisation des structures tridimensionnelles des macromolécules biologiques et lors de leurs interactions. Les méthodes théoriques de simulations de modélisation moléculaire permettent de compléter les informations partielles sur l'hydratation des biomolécules obtenues par les méthodes expérimentales. Nous avons développé un nouveau modèle de solvatation semi-implicite pour représenter le solvant en modélisation moléculaire. Ce modèle décrit le solvant comme des particules microscopiques dont les propriétés diélectriques découlent des lois macroscopiques de l'électrostatique. Nous obtenons ainsi à l'équilibre électrostatique un fluide de particules de Lennard-Jones non polaires, polarisables par le champ électrique créé par le soluté. Ce modèle a l'intérêt de prendre en compte la structure moléculaire du solvant tout en calculant efficacement l'énergie libre électrostatique de solvatation du système. De plus, il est d'un faible coût numérique comparé aux méthodes explicites. Après avoir implémenté notre modèle dans un programme de dynamique moléculaire et l'avoir paramétré de façon simple, nous l'avons appliqué à plusieurs peptides, protéines et acides nucléiques (ADN et ARN de transfert). Les trajectoires de ces simulations sont stables sur une à deux nanosecondes, et les structures obtenues sont tout à fait en accord avec les méthodes expérimentales et les méthodes théoriques de solvatation explicites. Notre modèle permet également de retrouver les sites préférentiels d'hydratation des molécules étudiées identifiés expérimentalement ou théoriquement, malgré l'absence de liaisons hydrogène dans notre solvant. De plus, nous observons de bonnes corrélations entre les énergies libres électrostatiques de solvatation calculées avec notre modèle et celles calculées avec les méthodes de résolution de l'équation de Poisson-Boltzmann, et ces résultats paraissent très encourageants.

Le génome du virus de l'immunodéficience humaine (VIH) est constitué, comme tous les rétrovirus, de deux copies identiques d'ARN génomique. Celles-ci sont liées de manière non covalente au niveau de leur région 5'-terminale. Ce phénomène de dimérisation interfère avec différentes étapes clés du cycle rétroviral. C'est pourquoi, l'inhibition de la dimérisation représente une nouvelle voie de traitement potentiel du VIH. La première partie de ce travail porte sur la séquence d'ARN SL1 initiant la dimérisation chez VIH-1Lai. Nous nous sommes intéressés à la détermination structurale, par RMN et modélisation moléculaire, des espèces présentes dans le processus de dimérisation sous forme instable. Après avoir isolé les deux différents dimère d'ARN, nous avons mis en évidence la structure du dimère stable qui permet d'avancer des hypothèses quant à leur stabilité relative. La seconde partie de ce travail porte sur l'étude du fragment désoxyribose de SL1. Là encore, deux conformères de stabilité différente sont isolables. Le dimère instable s'organise sous forme de “kissing-complex” et représente la première structure de ce type élucidée pour un ADN. La structure du dimère stable demeure de type “kissing-complex” bien que présentant des différences à l'origine du changement de stabilité. La présence du groupement hydroxyle distinguant l'ADN de l'ARN explique cette différence de comportement. Ces investigations structurales constituent une solide base d'étude dans les stratégies de “drug-design” impliquant le développement d'inhibiteurs susceptibles d'interférer avec le phénomène de dimérisation.

Ce manuscrit présente le développement de nouvelles diphosphines et phosphoramidites atropoisomères dissymétriques et leurs applications en catalyse énantiosélective. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à la synthèse de deux nouvelles diphosphines atropoisomères dépourvues de symétrie C2. Ces nouveaux ligands optiquement purs, appelés MeO-NAPhePHOS et TriMe-NAPhePHOS, possédent chacun un squelette biaryle dissymétrique obtenu par couplage intramoléculaire diastéréosélectif entre deux cycles aromatiques reliés par une agrafe chirale. L'évaluation de ces ligands dans des réactions de catalyse énantiosélectives a montré leur véritable efficacité. En effet, de très bonnnes sélectivités ont été obtenus en hydrogénation asymétrique catalysée par des complexes du ruthénium, pour la réaction d'addition-1,4 d'acides boroniques sur des cétones a,b-insaturées catalysée par des complexes du rhodium et pour la réaction de cycloisomérisation d'énynes-1,7 catalysée par des complexes du palladium. De plus, les propriétés stériques du MeO-NAPhePHOS et TriMe-NAPhePHOS ont été réalisées grâce à des calculs de modélisation moléculaire. Des tests comparatifs d'hydrogénation asymétrique réalisés avec nos deux ligands, le BINAP et le MeO-BIPHEP ont montré que les caractéristiques géométriques des diphosphines atropoisomères étaient hautement corrélées aux énantiosélectivités observées. Dans une deuxième partie, nous avons utilisé l'approche synthétique développée pour l'obtention de nouveaux ligands phosphoramidites dissymétriques présentant un phosphore stéréogène. Leur évaluation en catalyse énantiosélective, comme l'hydrogénation et les additions conjuguées, a montré qu'il était indispensable de disposer de ligands énantio- et diastéréomériquement purs afin d'identifier l'espèce la plus active et sélective.

L'objectif de cette thèse était de mieux comprendre les paramètres structuraux et environnementaux gouvernant l'énantiosélectivité de la lipase B de Candida antarctica (CALB), lors de la résolution des alcools secondaires linéaires chiraux. Ces composés sont notamment utilisés comme synthons chiraux dans l'industrie pharmaceutique. Dans un premier temps, une étude systématique des orientations du butan-2-ol et du pentan-2-ol au sein du site actif a été réalisée par modélisation moléculaire. Les résultats suggèrent l'existence de modes d'arrimages supplémentaires à ceux mentionnés dans la littérature. La comparaison selon l'énergie potentielle du substrat des structures les plus stables, combinée à la prise en compte de modes de fixation non productifs, nous a permis d'expliquer qualitativement l'énantiopréférence de la CALB pour la forme R. A l'aide du réacteur solide/gaz, nous avons montré que les résidus hydrophobes formant le canal d'accès du substrat au site actif (Ile189, Leu278 et Ala282), jouaient un rôle significatif dans l'énantiosélectivité de la CALB vis-à-vis des alcools secondaires. L'influence de la partie alkoxy du donneur d'acyle sur le ratio énantiomérique a également pu être mise en évidence. Par ailleurs, nous avons montré que des mutations isostériques de la poche stéréosélective conduisaient à des variations des paramètres thermodynamiques d'activation de l'acylation du pentan-2-ol, probablement suite à des modifications du réseau de liaisons hydrogène formé entre les résidus de la poche. Les études d'adsorption de l'eau et des substrats sur l'enzyme immobilisée nous ont permis de relier l'état d'hydratation de la CALB avec les effets particuliers de l'eau sur l'activité et la sélectivité de l'enzyme.

Le cisplatine (ou cis-diammine, dichloro-platine) est l'un des composés chimiques les plus utilisés actuellement en chimiothérapie anticancéreuse. Depuis la description de ses propriétés anticancéreuses par B. Rosenberg en 1965 de nombreux travaux ont été effectués a n de décrire le mécanisme d'action lui conférant ses propriétés antitumorales. A travers une approche originale couplant modélisation et travail expérimental, les recherches réalisées durant ma thèse ont permis d'élucider le comportement dynamique d'un adduit platiné sur la séquence 5'-GCCG*G*GTCGC-3' / 5'-GCGACCCGGC-3' (G* représente une guanine platinée). Cette structure a été comparée à celle de l'adduit ADN-cisplatine déterminée précédemment au laboratoire sur la séquence G*G*A. Nous avons ainsi étudié l'influence d'une guanine adjacente en 3' au pontage GG-Pt sur la structure de l'adduit. Il s'agit de la première étude structurale sur un adduit du cisplatine avec la séquence GGG. Même si l'a nité de la séquence GGG et des sites contenant Gn (n>= 3) pour le platine (II) est connue depuis longtemps, ses adduits avec le cisplatine n'ont pas encore été étudiés par RMN à cause des problèmes posés par leur puri cation. Cette étude de l'adduit G*G*G par RMN a été confrontée à la description dynamique de cet adduit, calculée par simulation. La paramétrisation du champ de force parm 98 a été spéci quement a née pour mieux décrire l'environnement de l'atome du platine. La confrontation entre la simulation de l'adduit G*G*G-Pt et les données issues de l'étude par RMN a permis de valider notre paramétrisation. Pour déterminer les proportions précises des sous-états BI et BII de l'ADN, une méthode novatrice a été mise au point. Celle-ci est basée sur la combinaison de quatre distances inter-protons H2'(n)-H8(n), H1'(n)-H6/8(n+1), H2'(n)-H6/8(n+1) et H2''(n)-H6/8(n+1) qui permet de discriminer les deux sous-conformations. Ces améliorations du champ de force et de la méthode de détermination des sous-conformations BI/BII ont permis la description ne du comportement de l'adduit couplé à l'ADN, ce qui nous a servi pour étudier le mécanisme anti-tumoral du cisplatine. En effet la reconnaissance de l'ensemble cisplatine-ADN par une protéine (Lymhoïd Enhanced Factor I - LEF I) pourrait activer les voies métaboliques de la cellule cancéreuse conduisant vers l'apoptose ou vers la réparation de la tumeur. La simulation de l'ensemble ADN-protéine (sans cisplatine) a permis de présenter le mode de reconnaissance de la protéine sur la déformation ainsi que la mise en évidence de l'implication d'une molécule d'eau dans celui-ci. Les études sur le cisplatine fixé sur son ADN cible nous ayant apporté de nombreuses connaissances sur les déformations engendrées, nous avons validé la déformation structurale formée par un autre complexe de platine, le pyrazolato-bis-platine. Ce composé a été conçu de novo pour induire une déformation faible de son ADN cible a n de provoquer une réponse cellulaire différente de celle engendrée par le cisplatine. La simulation a indiqué que ce complexe induit une faible courbure de l'ADN et une déformation globale différente de celle du cisplatine, ce qui exclut le même mode de reconnaissance. Comme expérimentalement le complexe pyrazolato possède une activité anti-tumorale, les simulations effectuées suggèrent donc que le mode d'action au niveau cellulaire est différent du cisplatine. Les travaux réalisés lors de ma thèse ont permis d'améliorer la compréhension des déformations ADN-cisplatine, ADN-cisplatine-protéine et de perfectionner la description des composés platinés dans le champ de force parm 98 (puis parm 99) du logiciel de modélisation moléculaire AMBER.

Les ExoPolySaccharides (EPS) bactériens constituent une fraction réactive du sol vis-à-vis des Eléments Traces Métalliques (ETM). Le système xanthane-cuivre est étudié comme modèle de complexation des ETM par les EPS. L'étude à l'échelle macroscopique, par titrages acido-basiques, détermine les valeurs des pKa du xanthane (pKmoyenI=0.1M=2.5) et propose un modèle électrostatique à condensateur cylindrique pour expliquer les variations de pKa en fonction de la force ionique. Les titrages en présence de cuivre et isothermes d'adsorption montrent un résultat inédit : le xanthane adsorbe plus de cuivre à pH3.5 qu'à pH5.5. Les valeurs des constantes apparentes de complexation valent LogKCu-XanpH3.5=3 et LogKCu-XanpH5.5=2.6. Les résultats de dichroïsme circulaire suggèrent un changement conformationnel du xanthane pH-dépendant. Un modèle thermodynamique à deux états (xanthane désordonné à pH<5 vs ordonné à pH>5), couplé aux données pKa et LogKCu, permet de reconstruire dèlement les données expérimentales. L'étude à l'échelle moléculaire par modélisation moléculaire (MM) montre que la structure désordonnée de l'EPS à pH3 favorise la formation de complexes chelatants très stabilisants entre deux chaînes latérales du xanthane et Cu2+. A contrario, à pH5.5 en (structure hélices ordonnées) ce sont les sites complexants simples, moins stabilisants pour le cuivre, qui prédominent. Les résultats d'EXAFS et leur modélisation MM conrment la plus forte anité du cuivre pour le xanthane à pH3 qu'à pH5.5. Cette étude montre l'importance de la conformation des EPS dans leur capacité à xer les ETM, et l'intérêt de l'outil MM pour la compréhension de ces phénomènes à l'échelle moléculaire.

La résistance bactérienne aux antibiotiques est l'un des problèmes préoccupants auquel la médecine moderne doit faire face de nos jours. Il est certain que la découverte de nouvelles familles d'antibiotiques pourrait venir à bout des souches de bactéries multirésistantes, mais pour combien de temps? Une nouvelle approche thérapeutique prometteuse apporte une solution simple et efficace à cette question en mettant de l'avant des médicaments qui empêchent l'adhésion cellulaire. D'autant plus, il se trouve que la protéine FimH des pili d'adhésion (une adhésine), chez la grande majorité des souches d'E. coli uropathogènes, possède une affinité sélective pour les dérivés mannopyrannosides. En observant les structures tridimensionnelles de complexes FimH-mannopyrannoside, on remarque trois positions potentiellement modifiables : C-l qui pointe vers l'extérieur du site d'interaction, C-2 où l'on retrouve un petit espace de forme allongée et C-6 où il y a un petit volume très court et quand même large. L'objectif est donc de synthétiser de nouveaux mannopyrannosides dans le but d'en augmenter l'affinité avec le FimH, en ajoutant ou supprimant des groupes fonctionnels aux positions C-2 et C-6. La modification de groupes en C-l a déjà été largement explorée au sein du laboratoire Roy, en grande partie par le docteur Mohamed Touaibia. Ainsi, la synthèse au laboratoire a mené d'abord à une série d'α-D-mannopyrannosides de méthyle O-alkylés en C-2. Par la suite, deux séries ont été synthétisées: les α-D-mannopyrannosides de méthyle, puis des α-D-mannopyrannosides d'allyle, toutes deux ayant des groupements sulfates ou phosphates en C-6. Une dernière série, les α-D-rhamnopyrannosides d'allyle qui portent soit un atome d'hydrogène ou de fluor à la place de l'alcool en C-6. En cours de route, a été également synthétisé un α-D-mannopyrannoside d'allyle fluoré en C-2. D'un autre côté, la modélisation moléculaire comme outil de visualisation et de prédiction des interactions protéine-ligand a permis d'établir un modèle de relation quantitative entre la structure et l'activité (QSAR) de différents mannopyrannosides. Les tests biologiques d'inhibition permettent d'évaluer l'efficacité réelle des ligands en donnant la valeur de constante de dissociation (Kd). Finalement, l'étude in silico des interactions protéine-ligand aide l'orientation de la synthèse de nouveaux mannopyrannosides qui possèdent un potentiel inhibiteur de l'adhésine FimH chez E. coli, et ce, tout en écartant la possibilité de développement de résistance aux antibiotiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : algorithme génétique, D-mannose, Escherichia coli, FimH, infections urinaires, interactions protéine-sucre, QSAR, résistance bactérienne aux antibiotiques.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du programme Toxicologie Nucléaire Environnementale dont l'objectif est d'étudier les effets sur le vivant de différents métaux lourds ou radionucléides issus de l'industrie nucléaire. En particulier, il concerne la conception de nouvelles sondes fluorescentes pour la détection sélective de Pb2+, Cd2+ et Cs+ en milieu biologique. Plusieurs calixarènes azotés fluorescents ont été synthétisés et étudiés pour la détection du plomb. L'un d'entre eux a pu être utilisé dans des conditions proches du milieu biologique. La synthèse de nouveaux composés portant des groupes amides a été proposée. Différentes approches ont été envisagées pour la conception de senseurs fluorescents sélectifs du cadmium. A partir de résultats de la littérature, des ligands incorporant des atomes de soufre ont été synthétisés mais n'ont pas montré d'affinité particulière pour le cadmium. A l'inverse, des composés comportant plusieurs motifs fluorescents pyridin-2'-yl-1,2,3-triazole liés à une β- cyclodextrine ou à un calix[4]arène ont montré une bonne affinité pour le cadmium dans le méthanol, mais une modeste sélectivité a été observée. En revanche, de très bons résultats en termes de sélectivité et de sensibilité ont pu être obtenus en milieu aqueux à pH neutre avec une sonde de calcium commerciale, le Rhod-5N. Enfin, la détection sélective de concentrations micromolaires en césium a été rendue possible en milieu aqueux à pH = 7 grâce à un nouveau calixarène sulfoné fluorescent possédant deux éthercouronnes. Un modèle pour la complexation du césium a été proposé et validé par modélisation moléculaire (DFT).

L’étude du phénomène d’adsorption peut être réalisée théoriquement dans le cadre de la physique statistique, à l’échelle microscopique, en mettant en jeu une interface entre un fluide et un solide. L’objectif de cette thèse est de proposer une modélisation moléculaire de fluides tels que le méthane, confinés dans des matériaux poreux de géométrie quelconque. Le cadre théorique est ainsi directement développé à l’échelle microscopique et ses résultats sont confrontés à ceux obtenus avec des simulations moléculaires. À l’échelle macroscopique, le formalisme théorique nous permet de retrouver des résultats expérimentaux tels que des isothermes et des chaleurs d’adsorption.Tout d’abord, nous présentons les principaux résultats de la théorie de la fonctionnelle de la densité classique (cDFT), qui permet de formuler les lois de la physique statistique à partir de la densité du fluide en chaque point de l’espace. Cette théorie permet de décrire des fluides inhomogènes, c’est-à-dire des fluides pour lesquels la densité n’est pas constante en tout point de l’espace. Nous devons également considérer une équation d’état moléculaire de référence. Nous choisissons pour cela la théorie statistique des fluides associatifs (SAFT), formulée à partir de l’énergie libre du système. Le potentiel d’interaction d’une molécule telle que le méthane est alors modélisé comme celui d’une sphère dure entourée d’une couronne attractive. Nous décrivons la sphère dure à l’aide de la théorie de la mesure fondamentale (FMT), qui utilise des densités pondérées, c’est-à-dire des fonctions exprimées en un point de l’espace, mais qui dépendent du voisinage immédiat de ce point. Les fonctions pondérées sont nécessaires pour modéliser les fluides inhomogènes confinés à l’échelle microscopique. L’étude menée à partir de la FMT nous a conduit à définir de nouvelles fonctions pondérées, permettant de décrire des fluides de sphères attractives.Dans ce nouveau cadre théorique, il est nécessaire d’utiliser des approximations dans l’écriture de la fonctionnelle d’énergie libre. Nous proposons quatre approches, avec lesquelles nous pouvons prédire la distribution de la densité du fluide dans l’espace. Ces profils étant décrits à l’échelle microscopique, nous avons réalisé des simulations moléculaires de type Monte Carlo pour en évaluer la qualité par comparaison, pour des systèmes définis à potentiel équivalent. Nous retenons alors une des nouvelles formulations décrivant le fluide inhomogène. Puis, nous nous intéressons à la modélisation du solide. De nombreuses approches utilisent des expressions analytiques des densités pondérées, ce qui ne permet d’étudier que des milieux poreux à géométrie simple et idéale. Dans le cadre de cette thèse, nous écartons ce type d’approche et nous proposons de calculer les densités pondérées à l’aide de transformées de Fourier rapides dans un espace à trois dimensions, pour une forme quelconque de pore. La conséquence numérique de cette approche est que l’on considère un espace de calcul discret. Cela demande alors d’utiliser des résultats mathématiques issus de la géométrie discrète, afin de décrire correctement les interactions entre le fluide et une surface solide discrète quelconque.Cette nouvelle combinaison entre la théorie de la fonctionnelle de la densité et la géométrie discrète permet notamment d’étudier l’adsorption de méthane dans des pores cylindriques de silice. Nous réalisons en même temps des mesures expérimentales avec ce système, en nous servant de nouveaux substrats de silice préalablement caractérisés. Nous comparons alors les isothermes et les chaleurs d’adsorption obtenues expérimentalement aux prédictions théoriques, ce qui valide l’ensemble du formalisme de l’échelle microscopique à l’échelle macroscopique, en nous servant de tous les nouveaux développements que nous présentons dans cette thèse, liés à la modélisation du fluide et à la modélisation du solide. / The study of adsorption, for systems presenting an interface between a fluid and a solid, can be undertaken theoretically with the statistical physics formalism, at the microscopic scale. The objective of this PhD thesis is to propose a molecular modelling of fluids like methane, confined into porous materials of various geometry. This way, the theoretical framework is directly developed at the microscopic scale and its results are compared with molecular simulations. At the macroscopic scale, the theoretical formalism leads us to obtain the same results than experimental measurements of isotherm and heat of adsorption.First of all, the main results of the classical density functional theory (cDFT) - which gives laws of statistical physics with the fluid density in every point of the space - are presented. Inhomogeneous fluids are thus described with this theory. A molecular equation-of-state has also to be considered as a reference. The statistical associating fluid theory (SAFT), formulated with the free energy of the system has been chosen. Then, the interaction potential of a molecule such as methane is described by a hard-sphere surrounded with an attractive range. The hard-sphere is described with the fundamental-measure theory (FMT), using weighted densities, corresponding to functions defined in a point of the space, but depending on the immediate neighbourhood of this point. Weighted functions are necessary for inhomogeneous fluids modelling confined at the microscopic scale. The study undertaken from the FMT led us to define new weighted functions, allowing us to describe fluids of attractive spheres.With this new theoretical framework, it is necessary to use approximations of the free energy functional. Four different approaches are proposed allowing to predict the spatial distribution of the fluid density. Because these profiles are described at the microscopic scale, Monte Carlo molecular simulations have been performed in order to evaluate their quality by comparison, for systems defined with an equivalent potential. Thereby, one of the new formulations describing the inhomogeneous fluid has been selected for its superiority among the others. Then, special attention has been given to the modelling of the solid. Indeed, most of the existing approaches use analytical expressions of weighted densities to that extent, which limits studies to porous media with simple and ideal geometries. In our work, we exclude this kind of approaches and we propose to compute weighted densities with fast Fourier transforms in a three-dimensional space, for any pore geometry. The consequence of this approach is that a numerical discrete space is considered. This implies the use of mathematical results from discrete geometry, in order to correctly compute interactions between the fluid and any discrete solid surface.This new combination of the density functional theory and discrete geometry has allowed us to study methane adsorption into cylindrical pores of silica. To do so, experimental measurements have been performed on new silica substrates specially synthetized and characterised for this thesis. Theoretical predictions were compared with experimental isotherms and heat of adsorption. It allowed to validate the whole formalism presented in this thesis and developed both for the fluid and the solid modelling from the microscopic to the macroscopic scale.