Vers une modélisation plus réaliste des systèmes biologiques

Toward a more realistic modelisation of biological systems

• Auteur / Autrice : Fabien Archambault
• Direction : Christophe Chipot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie informatique et théorique
• Date : Soutenance le 05/07/2011
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : SESAMES - Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SRSMC - Structure et Réactivité des Systèmes Moléculaires Complexes - UMR 7565
• Jury : Président / Présidente : Xavier Assfeld
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Borgis, François Dehez, Bertrand Guillot, F. Javier Luque

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ions complexes

Forces de Van der Waals

Polarisabilité (électricité)

Dynamique moléculaire

Simulation, Méthodes de

Systèmes biologiques

Mots clés libres

Systèmes biologiques

Simulation de méthodes

Dynamique moléculaire

Polarisabilité (électricité)

Forces de Van der Waals

Ions complexes

Résumé

La plupart des fonctions énergie potentielle utilisées pour simuler les systèmes biologiques complexes ne traitent qu'implicitement la polarisation électronique et ce, de façon très incomplète. Bien qu'efficaces pour un large éventail d'applications, ces champs de force atteignent rapidement leurs limites dès lors que les effets de polarisation électronique sont importants. Tel est le cas par exemple au site actif des métalloprotéines où l'ion métallique polarise fortement son environnement. Dans cette thèse, j'ai développé une approche basée sur la mécanique quantique pour obtenir des paramètres d'un champ de force polarisable ayant pour composantes des charges, des polarisabilités distribuées d'ordre zéro et un (isotrope) et un potentiel de van der Waals décrit par une fonction de Buckingham. L'énergie d'induction peut être atténuée par une fonction de Tang et Toennies pour décrire l'énergie d'échange-induction. Cette approche a été effectuée avec succès pour l'interaction d'ions avec l'eau et le benzène mais aussi dans le cas d'un dimère d'eau. Une première étude des résultats en dynamique moléculaire montre que les paramètres obtenus en phase gazeuse peuvent se transférer pour les simulations en phase condensée

Most of the energy potential functional used in biological systems only treat electronic polarization implicitely and this, in an incomplete way. Even very effective for many applications, those force fields reach there limits when the polarization effects are important. This is the case, for example, at the active site of metalloproteins where the metallic ion heavily polarizes its environment. We will present a strategy to take into account the polarization through polarizability distributed on atoms obtained by quantum chemical calculations. The interaction energies have been compared with a reference SAPT (\textit{Symmetry Adapted Perturbation Theory}) calculation which permits to expand the interaction in electrostatics, induction and van der Waals contributions. I will present the interaction of ions with water, benzene and also water dimer interactions. Preliminary results in molecular dynamics seems to confirm that gas phase parameters can be transfered to condensed phase