Structural, motional et and methodological aspects of biomolecular solid-state nuclear

• Auteur / Autrice : José-Henrique Herbert-Pucheta
• Direction : Geoffrey Bodenhausen, Piotr Tekely
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Interdisciplinaire pour le vivant
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie de l'état solide

Polymères végétaux

Spectroscopie de la résonance magnétique nucléaire

Résumé

Un nombre important de systèmes moléculaires d’intérêt biologique comme les protéines ne peut être étudié ni par la diffraction des rayons X ni par la RMN à l’état liquide en raison d’absence de monocristaux ou d’une insolubilité. La spectroscopie de RMN des poudres offre la possibilité de pallier à ces inconvénients et peut fournir des informations sur la structure secondaire des protéines, des interactions protéine-protéine, leur repliement ou une dynamique interne des biomolécules. Des nombreuses études ont été effectuées sur des protéines microcristallines, des fibres amyloïdes, des protéines membranaires ou dans les micelles. Cependant, l’effort important doit être poursuivi sur l’élaboration de protocoles de préparation des échantillons ainsi que dans les développements méthodologiques de la RMN à l’état solide. Ce mémoire de thèse se concentre sur un certain nombre d’aspects structuraux, dynamiques et méthodologiques rencontrés dans les études des biomolécules. Les études structurales et dynamiques sur la partie C-terminal de la centrine humaine 2 sous forme d’un complèxe protéine/peptide sont présentées dans la première partie de thèse. La deuxième partie démontre comment les expériences de corrélation et de relaxation peuvent aider à séparer des empreintes spectrales de différentes formes cristallographiques de l’arginine ayant dans la maille des molécules cristallographiquement non-équivalentes. Une étude de polymorphisme des échantillons de la glycine obtenus par une cristallisation rapide induite par un laser complète cette partie. Le dernier chapitre présente une nouvelle approche pour rétablir la symétrie des spectres de corrélation homonucléaire des biomolécules uniformément marquées en mettant à profit un équilibrage de l’aimantation dans la période initiale des expériences d’échange. Il est également démontré que les conditions requises pour symétriser les spectres 2D d’échange sont semblables à celles exigées pour enregistrer des spectres quasi-quantitatifs issus de polarisation croisée.

An important number of molecular systems of biological interest like proteins cannot be studied by x-ray diffraction or liquid-state nuclear magnetic resonance methods because of lack of single crystals or intrinsic insolubility. Solid-state NMR spectroscopy offers the potential to provide precious information about the secondary structure of proteins, protein-protein interactions, folding and internal dynamics. Extensive solid-state NMR studies have been done on microcrystalline proteins, amyloid fibrils, membrane proteins or micelle-protein suspensions. Yet methodological developments in sample preparation of microcrystalline proteins, as well as further development in high-resolution solid-state NMR techniques are necessary. This thesis focuses on a number of structural, motional and methodological aspects encountered in the studies of biomolecules by solid-state NMR. An insight into the structural and motional features of C-terminal domain of the Human Centrin 2 (C-ter HsCen2) complex in a microcrystalline state is presented in the first part of the dissertation. In the second part, it is shown how one- and two-dimensional solid-state NMR experiments can help to disentangle spectral features in systems containing a mixture of different crystallographic forms with crystallographically inequivalent molecules in the unit cell of L-arginine hydrochloride. Polymorphism of L-glycine samples obtained by laser-induced crystallization methods is also studied. The final chapter presents an approach for removing the intrinsic asymmetry of 2D solid-state homonuclear correlation spectra of uniformly labelled biomolecules by equilibrating the magnetization in the initial stage of exchange experiments. It is also shown that the requirements needed for symmetrising the 2D exchange spectra are similar to the requirements needed to record quasi-quantitative cross-polarization magic-angle spinning spectra