Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-05-26T17:50:16Z No. of bitstreams: 1 TES_MARIANE_ROTTA_PARCIAL.pdf: 2374056 bytes, checksum: 0b798c90ce9ab78e6edbfeb524d79d97 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-26T17:50:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TES_MARIANE_ROTTA_PARCIAL.pdf: 2374056 bytes, checksum: 0b798c90ce9ab78e6edbfeb524d79d97 (MD5) Previous issue date: 2016-12-19 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / The cellular milieu is a complex and crowded aqueous solution. It is thus expected that this large concentration of macromolecules causes deviations from solution ideality. To mimic the intracellular environment, crowding effects are commonly studied in vitro using crowding agents. The aim of the present study was to evaluate the effects of macromolecular synthetic crowding agents on the apparent steady-state kinetic parameters (Km, kcat, and kcat/Km) for the chemical reaction catalyzed by 2-trans-enoyl-ACP (CoA) from Mycobacterium tuberculosis (InhA). The results showed that ficoll 70, ficoll 400, and dextran 70 had negligible effects on InhA activity in the range of concentrations used. On the other hand, a complex effect was observed for PEG 6000. Sucrose, which was employed in control experiments, decreased both the kcat/Km values for NADH and kcat for 2-trans-dodecenoyl-CoA (DD-CoA) substrate in a concentration-dependent manner. Molecular dynamics results suggest that InhA adopts a more compact conformer in sucrose solution, which likely accounts for the steady-state kinetic results. The presence of crowding agents appears to alter the relative abundance of different conformers of InhA in solution. The effects of the crowding agents on the energy (Ea and E?), enthalpy (?H#), entropy (?S#), and Gibbs free energy (?G#) of activation were determined. The ?G# values for all crowding agents tested were similar to dilute buffer, suggesting that excluded volume effects did not facilitate stable activated ES# complex formation. Nonlinear Arrhenius plot for PEG 6000 suggests that "soft" interactions may play a role in macromolecular crowding effects. / O meio intracelular ? uma solu??o aquosa complexa, pois ? preenchida por diversos tipos de macromol?culas. Espera-se que essa grande concentra??o de macromol?culas resulte em um comportamento n?o ideal para a solu??o. Para mimetizar o ambiente intracelular, os efeitos do da ocupa??o macromolecular s?o comumente estudados in vitro utilizando agentes de crowding. O objetivo central do presente estudo ? avaliar os poss?veis efeitos de agentes de crowding macromolecular sint?ticos nos par?metros cin?ticos aparentes de estado-estacion?rio (Km, kcat e kcat/Km) para a rea??o qu?mica catalisada pela 2-trans-enoil-ACP(CoA) redutase de Mycobacterium tuberculosis (InhA). Os resultados mostraram que ficoll 70, ficoll 400 e dextran 70 t?m efeitos negligenci?veis na atividade da InhA na faixa de concentra??o utilizada. Por outro lado, um complexo efeito foi observado na presen?a do PEG 6000. A sacarose, que foi utilizada como controle nos experimentos, reduziu os valores de kcat/Km para o NADH e kcat para o 2-trans-dodecenoil-CoA de uma maneira concentra??o-dependente. Os resultados de din?mica molecular sugerem que a InhA adota uma forma mais compacta na presen?a de sacarose, o que provavelmente tem efeitos nos resultados de cin?tica de estado-estacion?rio. A presen?a dos agentes de crowding parece alterar a abund?ncia relativa dos diferentes conf?rmeros da InhA em solu??o. Os efeitos do crowding macromolecular na energia (Ea e E?), entalpia (?H#), entropia (?S#) e energia livre de Gibbs de ativa??o (?G#) foram determinados. Os valores de ?G# para todos os agentes de crowding testados foram similares ao tamp?o Pipes 100 mM, sugerindo que os efeitos do volume exclu?do n?o facilitam a forma??o do complexo ativado est?vel ES#. A n?o linearidade do gr?fico de Arrhenius para o PEG 6000 sugere que intera??es ?brandas? possam atuar nos efeitos do crowding macromolecular.

Dans un solvant aqueux, la caséine beta est composée des monomères hydrophiles et hydrophobes et forme des structures micellaires sphériques, dont à partir nous pourrions extraire les caractéristiques principales, exemples la taille et les interactions entre agrégats. Les expériences précédentes ont montré qu'en présence dans la solution d'un agent dénaturant, comme le chlorure de guanidinium (GdmCl), la caséine beta passe d'un état micellaire vers un état de monomère. En présence de 3 et 4M de GdmCl, nous avons remarqué une légère différence entre les valeurs de c/I(0,c) cela traduit par le fait que les solutions de caséine beta ne présentent pas le même contraste. Donc lorsque la concentration du GdmCl augmente le contraste augmente et vise versa. La mesure du second coefficient du viriel nous a permis d'estimer les interactions intermoléculaires lorsque la protéine est dénaturée par une forte concentration de GdmCl. A fortes concentrations de GdmCl les interactions sont répulsives et que les effets de concentrations ne peuvent pas être négligés. Or nous avons remarqué encore que le second coefficients de viriel est très faible et la valeur obtenue ne prouve pas l'aspect d'un état d'une protéine dépliée, mais peut être c'est un état intermédiaire entre un régime où la caséine beta est considérée comme une chaîne gaussiènne et un autre régime où elle est considérée comme une chaîne à volume exclu. La détermination du préfacteur P et de l'exposant alpha permet encore de connaître la nature des interactions. Les valeurs obtenues montrent que la caséine beta en présence de 3M de chlorure de guanidinium se comporte comme un polymère à volume exclu. Donc à partir de ce résultat on peut confirmer l'existence des répulsions à longue distance à l'intérieure de la chaîne polypeptide, interdisent le contact entre les segments d'acides aminés. Nous avons remarqué une contradiction en comparant ce dernier résultat à celui obtenu par l'étude de A2. En fait dans la seconde étude la gamme des q, (3 < qRg < 2 Rg/b) est faible et on ne peut pas confirmer l'état de la protéine si elle est considérée comme une chaîne guaussienne ou à volume exclu. 116 La détermination de L et b met en évidence l'existence de structures résiduelles le long de la chaîne dénaturée. Mais le problème qui se pose, c'est que le modèle de Pedersen et. al n'est pas bien applicable pour la faible zone de q (qb < 3.1). L'effet de concentrations joue un rôle très important. La caséine beta en présence d'une forte concentration de chlorure de guanidinium a un rayon de giration guaussien presque égale au rayon de giration à concentration nulle. Ce résultat prouve que la protéine n'est pas dans état totalement déplié et confirme nos résultats obtenus par l'étude du second coefficient de viriel. 4M de chlorure de guanidinium ne change pas la qualité du solvant. Mais, désormais augmente de façon significative la CMC. Toujours, cette étude prouve que la physique des polymères et l'étude des protéines sont deux aspects complémentaires. Nous avons vu par une approche plutôt simple, une description de la structure des agrégats d'une protéine spécifique. Le modèle de copolymère a pu décrire la caséine beta. Les études expérimentales de la caséine beta, proche d'une interface air / liquide, qui seront présentées plus loin, indiquent également des similitudes avec l'approche théorique..87 L'effet du GdmCl sur l'adsorption de la caséine beta a été étudié par des mesures de la structure et des propriétés de surface des couches formées à l'interface air/tampon. Les mesures de réflectivité des neutrons ont montré que la quantité de protéine adsorbée diminue quand la concentration en GdmCl augmente. Ceci était prévisible du fait que le GdmCl est un agent qui dénature et augmente la solubilité des protéines. Une élévation de la température augmente la concentration de surface totale de la protéine. L'effet hydrophobe semble donc impliqué dans l'énergie d'adsorption. Aux concentrations volumiques élevées de la solution protéique, l'interprétation des résultats laisse à penser qu'une partie de la protéine adsorbée se trouve dans l'air. Ce phénomène a déjà été observé à partir de résultats obtenus par réflectivité des rayons X dans le cas de la caséine beta et par réflectivité des neutrons dans le cas de copolymères multiblocs synthétiques. Il semble donc que l'existence d'une partie de la molécule dans l'air devrait être prise en considération dans tout modèle d'adsorption de copolymères multiblocs à l'interface gaz/liquide. Les propriétés de surface des couches d'adsorption de caséine ont été interprétées à partir du modèle thermodynamique d'un polymère multibloc asymétrique..87 Ainsi, l'effet de la concentration en GdmCl est de changer la conformation des blocs bidimentionnels à partir 117 d'une structure à deux dimensions modérément écroulée vers une structure de chaîne 2 D à volume exclu. Ce changement de structure correspond à la rupture de liaisons non covalentes entre les monomères des blocs bidimentionnels, comme on peut l'attendre des propriétés du GdmCl. Une augmentation de la température semble rompre également des liaisons non covalentes et mène à un gonflement des molécules adsorbées. Ainsi, la conformation des molécules adsorbées dépend fortement d'interactions non covalentes qui ne semblent pas uniquement de nature hydrophobe. Finalement, on peut conclure que de nombreuses liaisons non covalentes contribuent à la structure des blocs solvophobes de la caséine-beta lorsque cette protéine est adsorbée à l'interface tampon/air à partir d'un milieu non dénaturant. La présence d'un concentration suffisante de dénaturant semble rompre ces intéractions et induire des comportements de polymère à volume exclu.

Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'élasticité d'une molécule d'ADN simple brin à l'aide de pinces magnétiques. Les modèles de polymères idéaux ne rendent pas bien compte de l'élasticité de cette molécule, alors qu'ils décrivent très bien l'ADN double brin. Nous avons donc étudié expérimentalement l'élasticité d'une molécule simple brin dans différentes conditions salines, i.e. d'écrantage de charges, et dans des conditions modulant les interactions internes du polymère. En utilisant des conditions dénaturantes, nous avons pu séparer les effets des différentes interactions intramoléculaires et ainsi mieux caractériser leur importance respective pour décrire l'élasticité de la molécule. Il est ressorti de ces mesures qu'une description complète de l?ADN simple brin doit prendre en compte d'une part la formation de structures secondaires à basses forces, et d'autre part les effets de volume exclu: contrairement au double brin, le simple brin est tellement flexible que les répulsions électrostatiques dues aux groupements phosphates le long de la chaîne ne peuvent plus être négligées. Des simulations numériques prenant en compte ces deux effets sont en excellent accord avec nos observations expérimentales. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons étudié l'activité de deux hélicases à l'échelle de la molécule unique. Les hélicases sont des moteurs moléculaires qui catalysent la séparation des deux brins de la double hélice d?ADN, permettant ainsi l'accès aux bases individuelles formant le code génétique. Dans notre expérience, une unique molécule d'ADN double brin était immobilisée par pinces magnétiques et son extension mesurée avec une précision de 10 nm. Ceci nous a permis de suivre l'activité des hélicases, puisque celles-ci provoquent un changement de l'extension de la molécule lorsque le double brin est converti en simple brin. Cette méthode présente l'avantage de permettre l'observation en temps réel de l'activité d'une seule protéine. L'analyse statistique des données nous a permis d'accéder aux distributions complètes de vitesse et de processivité des enzymes. Nous avons ainsi caractérisé le comportement dynamique d?hélicases uniques (leur vitesse, leur processivité, leur coopérativité et leur pas élémentaire sur l'ADN). Le suivi en temps réel de l'activité des hélicases nous a permis d'observer une instabilité dans leur mode d'ouverture, et ainsi de rendre compte de mesures de vitesse obtenues en volume.