Ce mémoire de thèse est divisé en deux chapitres, le premier aborde l'impact des osmolytes sur la dihydrofolate réductase (DHFR) et le second a pour objet l'étude structurale de pseudopeptides antimicrobiens en présence de modèles membranaires. Les osmolytes organiques sont de petites molécules accumulées dans les cellules et les tissus de nombreux organismes lors d'une contrainte hyperosmotique pour maintenir le volume cellulaire. Ces solutés ont également un rôle essentiel dans la sauvegarde de l'intégrité cellulaire et dans la stabilisation des macromolécules contre l'effet de divers stress environnementaux. Les osmolytes peuvent néanmoins induire une inhibition significative des enzymes et les bases moléculaires de leurs effets sur les propriétés des protéines sont au centre de nombreuses études. Nous avons étudié la DHFR, une enzyme clé du métabolisme, en présence de divers solutés. Après avoir vérifié que les osmolytes ne modifiaient pas la structure globale de la DHFR, nous avons montré qu'ils étaient capables de stabiliser la structure et d'inhiber l'activité de cette enzyme. L'inhibition de la DHFR est liée à la diminution de la vitesse de sortie (koff) du produit, que nous avons mesurée en présence d'osmolytes. L'étude de la dynamique interne de la DHFR, sur plusieurs échelles de temps apporte des réponses sur l'origine de l'inhibition de la DHFR en présence d'osmolytes. La seconde partie présente nos travaux sur la relation structure-activité de plusieurs peptides antimicrobiens. Ce projet s'inscrit dans la course au développement de nouvelles molécules actives pour palier la résistance croissante des pathogènes contre les antibiotiques conventionnels. Nous avons déterminé les structures et étudier le comportement de différents peptides et pseudopeptides en environnement membranaire modèle, micelles de SDS et phospholipides afin de proposer un mode d'action pour chacun d'eux.

L'objet de ma thése est la conception rationnelle d'une bobine utilisable par une sonde de RMN pour des échantillons solides d'origine biologique, tels que les milieux membranaires ou les biopsies. L'étude de la distribution du champ électromagnétique créée pendant l'impulsion radiofréquence s'est avérée indispensable pour permettre d'une part une meilleure homogénéité du champ B1 et d'autre part une redistribution du champ électrique dans un plan normal à l'axe principal de la bobine. Auparavant, cette distribution de champ avait été considérée homogène au centre de l'échantillon, et seule la composante axiale était prise en compte. La démarche scientique suivie ici est originale en cela qu'elle se sert d'une résolution numérique des équations de Maxwell, et permet la mise en évidence des composantes radiales du champ B1 jusqu'alors ignorées. La première partie présente les caractéristiques instrumentales de la méthode HR-MAS. Il s'en suit une partie plus théorique sur les concepts d'électromagnétisme nécessaires pour aborder la cartographie de champ radiofréquence B1 dans une bobine. Ce travail utilise une résolution de l'équation maîtresse de l'évolution des spins (Liouville von Neumann) où l'Hamiltonien de champ B1 est construit en tenant compte de la forme particulière du champ magnétique dans une bobine hélicoïdale. Une étude de l'impact du champ électrique sur un échantillon aqueux dispersif est introduite dans la quatrième partie. Finalement une bobine innovante a été conçue, celle-ci permet d'éloigner le champ électrique du centre de l'échantillon, où le champ magnétique est dominant et homogène ses performances sont décrites à travers une série d'expériences sur les bicelles.

Les aluminophosphates microporeux AlPO4-n possèdent un large potentiel d'applications en tant que catalyseurs et adsorbants, et présentent une affinité très particulière avec l'eau. L'hydratation de ces composés à structure zéolithique provoque généralement une modification réversible de leur structure, ce qui entraîne une altération de leurs propriétés. Ici, l'utilisation conjointe de résultats expérimentaux (RMN de l'aluminium et du phosphore, diffraction des rayons X, analyse thermique, spectroscopie infrarouge) et de calculs théoriques basés sur la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) amène une meilleure compréhension des interactions entre molécules d'eau et AlPO4-n.<br /> L'étude d'une structure modèle, l'AlPO4-34, apporte des informations sur le comportement de l'eau dans les pores. Elle permet également de présenter les mécanismes d'hydratation et de déshydratation et de proposer une phase partiellement hydratée, en accord avec des résultats expérimentaux. Une synergie est proposée entre la diffraction et une approche par dynamique moléculaire. Une description des domaines de stabilité des phases hydratées est aussi développée.<br /> A l'aide de cette approche théorique, de nouvelles structures sont ensuite étudiées. Tout d'abord, grâce à la diffraction des rayons X et des calculs DFT, la maille complète de l'AlPO4-36 calciné déshydraté est décrite. Ensuite, une étude expérimentale détaillée est complétée par une approche théorique statique et dynamique pour proposer des éléments de réponses sur la phase hydratée de l'AlPO4-18.<br /> Afin de généraliser l'étude à des mailles plus complexes et des temps de calcul plus courts, une comparaison des méthodes théoriques avec des bases d'ondes planes ou des bases d'orbitales localisées est effectuée. Ce comparatif fournit, après optimisation de la base, des résultats structuraux similaires entre les deux méthodes. Enfin, une approche d'ordre N est mise en oeuvre avec succès sur les structures microporeuses étudiées.

Le travail retranscrit dans cette thèse regroupe l'étude de différents processus biologiques impliquant les ARN de transfert. Premièrement, dans le cadre de l'étude du rôle de la protéine de nucléocapside (NC) dans la formation du complexe d'initiation de la transcription inverse du VIH-1, un site de fixation fort et spécifique de la NC a été identifié sur le bras D de l'ARNtLys3 — l'ARNt servant d'amorce à la transcriptase inverse lors de la synthèse du brin d'ADNc(-). Cette fixation permet d'une part la fusion des interactions tertiaires entre les bras T et D de l'ARNtLys3 et pourrait d'autre part être l'un des facteurs déplaçant l'équilibre vers la formation de l'hybride ARNtLys3/ARN viral. L'étude structurale par RMN du complexe NC/bras D s'est heurtée à des problèmes d'échange chimique dans la gamme intermédiaire–rapide de l'échelle de temps spectrale. L'utilisation de séquences de type CPMG–HSQC a permis d'améliorer le rapport signal/bruit des expériences RMN, et particulièrement celui des signaux des résidus de l'interface. Ceci nous a permis d'identifier les résidus de la NC impliqués dans la reconnaissance du bras D. Deuxièmement, la structure de la m1A58 méthyltransférase de T. thermophilus (TrmI) — une enzyme de modification des ARNt — a été résolue par cristallographie et affinée à 1.7 Å. Ceci a permis d'identifier trois résidus potentiellement impliqués dans la catalyse et/ou la reconnaissance du substrat ARNt (D170, Y78 et Y194). La production de variants de TrmI au niveau de ces résidus ainsi que des études d'amarrage moléculaire d'une adénine au site actif ont permis de confirmer cette hypothèse et de proposer un rôle catalytique pour chacun d'eux. Parallèlement, des études par gel natif et par spectrométrie de masse en conditions non dénaturantes ont montré une stoechiométrie 1/2 pour le complexe entre l'enzyme TrmI tétramérique et le substrat ARNt. Troisièmement, la résolution de la structure cristallographique de l'ARNtfMet initiateur d'E. coli a révélé une conformation unique de la région de l'anticodon. Cette conformation unique est associée au paires GC de la tige anticodon, caractéristiques des ARNt initiateurs. Cette conformation particulière — dans laquelle la base A37 ne vient pas s'empiler entre les bases 36 et 38, comme dans tous les ARNt élongateurs — permet de mettre en lumière de nombreux résultats biochimiques de la littérature et suggère un mécanisme par lequel la machinerie de l'initiation de la traduction pourrait discriminer l'ARNt initiateur de tous les ARNt cellulaires.

L'objectif de ce travail était d'étudier l'influence qu'exerce la microstructure des matrices laitières sur la diffusion moléculaire.<br />Une première partie de ce travail a permis d'étudier la diffusion de sondes de taille variable, des polyéthylèneglycols (PEGs), dans des gels de caséines ayant différentes structures. Les variations des coefficients de diffusion ont été reliées à la porosité du réseau. Dans un second temps, ces résultats ont été complétés par la mesure en continu de la diffusion de sondes par RMN au cours de la formation des gels de caséines. Deux tailles de PEG ont été sélectionnées et leur diffusion a été mesurée au cours des procédés de coagulation présure, acide et mixte. L'évolution de la diffusion de la sonde de petite taille a été reliée aux modifications de structure et de porosité des agrégats micellaires, tandis que la diffusion du PEG de plus grande taille a été expliquée par la porosité du réseau. La confrontation de ces résultats avec des mesures rhéologiques et des images de microscopie électronique à balayage a permis de mettre en évidence les potentialités de la technique RMN à gradient de champ pulsé pour étudier les microstructures des matrices caséiques à différentes échelles.

NOD1 est une protéine de surveillance intracellulaire jouant un rôle crucial dans la défense immunitaire innée. Suite à la reconnaissance d'un ligand bactérien spécifique, NOD1 recrute RICK au moyen d'une interaction CARD-CARD. RICK module ensuite l'activation du facteur de transcription NF-kB et initie une cascade de signalisation pro-inflammatoire. Le but de cette thèse était de déterminer la base structurale de ce processus. Le domaine CARD de NOD1 a été cloné, exprimé et purifié à la station EMBL de Grenoble. La structure de ce domaine a été résolue par résonance magnétique nucléaire à l'IBS de Grenoble. Cette structure est généralement similaire à celle des autres domaines CARD connus, étant constituée d'un paquet compact de 6 hélices a. Cependant elle présente des caractéristiques inhabituelles concernant la conformation de certaines boucles inter-hélices ainsi que la longueur et l'orientation de la sixième hélice. Des mutations dans les domaines CARDs des protéines NOD1 et RICK entières ont été réalisées pour identifier les résidus importants pour l'interaction ou la signalisation. Des expériences de co-immunoprécipitations et d'activation de NF-kB ont été effectuées à l'Université du Michigan. Trois résidus d'un patch acide de NOD1 (E53, D54 et E56) et trois résidus d'un patch basique de RICK (R444, R483 et R488) sont indispensables à l'interaction. Celle-ci serait donc de nature électrostatique. Deux autres résidus du patch acide du CARD de NOD1, L44 et I57, ont été identifiés comme importants pour la signalisation. Ces résidus peuvent potentiellement contribuer à la formation d'une interaction CARD-CARD fonctionnelle, ou bien également interagir avec d'autres régions de RICK.

L'héhum-3 liquide polarisé est préparé par pompage optique laser de l'hélium-3 pur dans un champ magnétique faible et à température ambiante, suivi d'une liquéfaction rapide de l'échantillon polarisé. La mise en oeuvre d'un nouveau cryostat à hélium-3 nous a permis d'obtenir des échantillons d'hélium-3 liquide dont le taux de polarisation atteint 25 %, à des températures de l'ordre de 0.5 K très bien stabilisées. Cette stabilité nous a permis d'étudier l'influence de la polarisation nucléaire sur l'équilibre liquide-vapeur, et en particulier sur la pression de vapeur saturante. Nous avons développé dans ce but des capteurs capacitifs très sensibles. Une estimation (limitée à l'ordre le plus bas en M^2) des effets attendus suite à une brutale destruction de l'aimantation M est menée. Ces effets sont expérimentalement observés dans les mélanges hélium-3/hélium-4 ; dans l'hélium-3 pur, seule une augmentation transitoire et faible de la pression a pu être observée. Nous décrivons ensuite une expérience préliminaire visant à déterminer le temps de relaxation longitudinale T1 dans les mélanges isotopes. La relaxation sur les parois de la cellule est efficacement réduite par l'utilisation d'un enduit de césium et des temps de l'ordre de 20 minutes sont observés. Nous nous sommes interessés plus particulièrement à la détermination de la concentration en hélium-3 en phase liquide Enfin, nous étudions expérimentalement l'effet du champ dipolaire sur l'évolution de l'aimantation transverse dans nos échantillons liquides fortement aimantés. Nous observons la précession libre de l'aimantation après une impulsion RMN et analysons de façon détaillée son temps d'amortissement en fonction de divers paramètres. Ce temps varie de façon spectaculaire avec l'angle de basculement, effet qui pourrait être lié à des instabilités dynamiques de RMN.

Dans le cadre de la prévention des pathologies osseuses, l'étude présentée a pour but de tester une nouvelle méthodologie d'évaluation du risque fracturaire de l'os spongieux de calcanéum humain. En s'appuyant i) sur des données cliniques (de densité minérale osseuse, de microstructure, DXA, Scanner X, Histomorphométrie) et ii) sur des techniques d'imagerie haute définition (IRM à 78 µm et tomographie à 10 µm), l'objectif est d'estimer les propriétés mécaniques de l'os spongieux (Module d'Young et contrainte maximale de compression). Deux types d'essais mécaniques ont été mis en œuvre : essais de compression sur échantillons cubiques d'os spongieux, essai de micro-flexion sur trabécules osseuses. Différents modèles par éléments finis (MEF) de ces essais ont été construits et permettent de déterminer les propriétés mécaniques du tissu trabéculaire. Le risque fracturaire pourrait être évalué par quantification de la charge de ruine et du degré de déformation de ce tissu. Les résultats de cette méthodologie sont alors confrontés aux méthodes classiques d'évaluation clinique du risque fracturaire.

Ce travail a un double but : <br />1) Observer et identifier les mécanismes physiques via lesquels, dans les matériaux poreux homogènes, les lois microscopiques du transport par diffusion induisent généralement des lois de transport effectives macroscopiques très simples, quelque soit la complexité du réseaux poreux sous jacent.<br />2) Contribuer à développer le cadre d'interprétation des expériences RMN de Gradient de Champ Pulsé (GCP) pour la mesure de l'autodiffusion dans les fluides confinés dans les systèmes poreux.<br />Nous étudions le cas académique de la diffusion Fickienne sans adsorption. Nous observons le transport à échelle de longueur fixée, en suivant la cinétique avec laquelle "s'affaisse" par diffusion l'amplitude G(q,t) de "profils de concentration sinusoïdaux" de vecteur d'onde q variable. Vis à vis de la RMN cette approche revient à étudier le propagateur de diffusion G(q,t) - grandeur mesurée par l'expérience - de manière non traditionnelle, c'est à dire, à q fixé en fonction du temps t. A q donné, 3 régimes de temps sont mis en évidence : un régime de temps court de diffusion non confinée, un régime de temps intermédiaire renseignant sur la diffusion à l'échelle de longueur 2pi/q, et un régime de temps long sensible à la "dimensionnalité" de l'espace poral.<br />Nous caractérisons la cinétique d'affaissement aux temps intermédiaires par un coefficient e diffusion D(q). Son étude théorique et expérimentale en fonction de q dans des systèmes périodiques et/ou désordonnés simples fait apparaître clairement trois phénomènes lors du passage micro-macro : une première interaction avec l'interface, une différentiation brutale du rôle des différents pores, puis une diffusion anormale due à cette différentialité, susceptible de perdurer aux échelles macroscopiques, et suivie par un retour au régime "Fickien".<br />Une expérience macroscopique de traceur est enfin proposée et développée pour observer ces phénomènes de diffusion anormale dans quelques systèmes modèles.

Ce travail de modélisation représente l'une des premières tentatives d'exploitation de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité et de l'analyse topologique de la densité électronique pour rendre compte des processus de diffusion à l'échelle atomique dans les oxydes conducteurs ioniques. La méthodologie développée permet d'accéder aux différents facteurs susceptibles de régir le phénomène de transport de matière : effets de contrainte stérique (locale et à l'échelle de la maille du réseau), polarisabilité des espèces atomiques, transferts de charge, relaxation autour des défauts ponctuels, liaison chimique, .... Cette approche a été appliquée à l'étude du transport de l'ion oxygène dans différents électrolytes solides modèles (cérine et thorine) et dans le conducteur mixte La2NiO4+d. Au delà du cadre théorique, une approche expérimentale de ce processus à l'échelle microscopique a été initiée sur la base d'une étude par RMN de l' 17O.