Neutron scattering studies of the dynamics of biological systems as a function of hydration, temperature and pressure - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2010

Neutron scattering studies of the dynamics of biological systems as a function of hydration, temperature and pressure

La dynamique des systèmes biologiques en fonction de l’hydratation, de la température et de la pression étudiée par diffusion neutronique

Résumé

Incoherent elastic and quasi-elastic neutron scattering were used to measure membrane and protein dynamics in the nano- to picosecond time and Ångstrom length scale. The hydration dependent dynamics of DMPC model membranes was studied using elastic and quasi-elastic neutron scattering. The elastic experiments showed a clear shift of the temperature of the main phase transition to higher temperatures with decreasing hydration level. The performed quasi-elastic measurements demonstrated nicely the influence, hydration has on the diffusive motions of the head lipid groups. Different models are necessary to fit the Q-dependence of the elastic incoherent structure factor and show therefore the reduced mobility as a result of reduced water content. In addition to temperature, pressure as a second thermodynamical variable was used to explore dynamics of DMPC membranes. The ordering introduced by applying pressure has similar effect to decreased hydration, therefore both approaches are complementary. Covering three orders of magnitude in observation time, the dynamics of native AChE and its complexed counterpart in presence of Huperzin A was investigated in the range from 1 ns to 100 ps. The mean square displacements obtained from the elastic data allowed the determination of activation energies and gave evidence that a hierarchy of motions contributes to the enzymatic activity. Diffusion constants and residence times were extracted from the quasi-elastic broadening.
La diffusion incohérente élastique et quasi-élastique de neutrons a été utilisée pour mesurer la dynamique de membranes et de protéines à l’échelle de la pico- à la nanoseconde et de la longueur de l’Ångstrom. La dynamique de membranes modèles DMPC, en fonction de l’hydratation a été étudiée par diffusion neutronique. Les expériences élastiques ont, clairement montré un décalage de la température de transition de phase principale vers une température plus haute pour une diminution du niveau d’hydratation. Les mesures quasi-élastiques effectuées ont montré l’influence de l’hydratation sur les mouvements diffusifs des têtes lipidiques. Différents modèles ont été nécessaires pour affiner les dépendances en Q des facteurs de structure élastiques incohérents et montrent donc la mobilité réduite due à l’hydratation inférieure. En plus de la température, la pression comme deuxième variable thermodynamique a été utilisée pour étudier la dynamique des membranes DMPC. L’ordre induit par l’application d’une pression a un effet similaire à une hydratation diminuée, donc les deux approches sont complémentaires. Couvrant trois ordres de grandeur, la dynamique d’AChE libre ou complexée avec de l’Huperzine A a été étudiée dans le domaine allant de 1 ns à 100 ps. Les déplacements carrés moyens obtenues à partir des données élastiques ont permis la détermination des énergies d’activation et prouvent que toute une hiérarchie de mouvements contribue a l’activité enzymatique. Les constantes de diffusion et les temps de corrélation ont été extraits de l’élargissement quasi-élastique.
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  • HAL Id : tel-01153252 , version 1

Citer

Marcus Trapp. Neutron scattering studies of the dynamics of biological systems as a function of hydration, temperature and pressure. Life Sciences [q-bio]. Universite Joseph Fourier, 2010. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01153252⟩
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