sur un octapeptide alanine confiné

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1 sur un octapeptide alanine confiné
Micelles Inverses d’AOT : Structure, compressibilité et influence de l’hydratation sur un octapeptide alanine confiné ABEL STÉPHANE

2 Plan de la présentation
Introduction Rappels sur les tensioactifs et les micelles inverses d’AOT Le modèle sphérique. Limites du modèle sphérique. Précédents modèles de micelle inverse Approches implicites et explicites: avantages et inconvénients. I. Structure des micelles inverses d’AOT en fonction du rapport Wo=[eau]/[tensioactif] Forme et dimension. Structure interne. Hydratation des molécules d’AOT. II. Structure des micelles inverses d’AOT avec un peptide alanine confiné Forme et dimension III. Compressibilités des micelles inverses en fonction de Wo IV. Stabilité d’un octapeptide alanine confiné en fonction de l’hydratation Conclusions et perspectives

3 INTRODUCTION : LES TENSIOACTIFS ET LES MICELLES INVERSES d’AOT
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4 INTRODUCTION: LES TENSIOACTIFS DANS L’HUILE
Un tensioactif Queue hydrophobe (lc) Tête polaire (h) Les micelles inverses Avant de commencer l’exposition de nos résultats, nous ferons qq rappels sur les tensioactifs et les micelles inverses. Sur la première figure, nous avons représenté schématiquement un tensioactif qui est molécule qui contient une partie hydrophobe appelé queue et un groupement hydrophile appelée tête polaire. Cette dualité de structure donne à la molécules les propriétés d’abaisser la tension superficielle en se fixant a l’interface entre deux environnement et de pouvoir former en fonction des conditions expérimentales des mésophases comme des micelles directes ou des phases lamellaires dans une phase binaire eau/tensioactif. En ce qui nous concerne, lorsque le tensioactif est mélangé à de l’eau, et a de l’huile (comme par exemple l’isooctane), il apparaît une structure appelée micelles inverse dont une représentation est donnée sur la seconde figure. La micelle inverse est une gouttelette d’eau (en bleu) qui baigne dans une phase continue d’huile (en jaune). Cette eau est séparée de la phase huileuse par une monocouche de détergent. Les queues des détergents sont tournées vers l’extérieur en contact avec la phase huileuse et les têtes polaires sont situées à l’intérieur en contact avec l’eau. Ces micelles inverses sont très utilisées en biochimie comme système biomimétique pour la solubilisation de protéines membranaire ou la synthèse de nano-cristaux.

5 INTRODUCTION: L’AOT DANS UN MÉLANGE D’EAU ET D’HUILE
La molécule d ’AOT INTRODUCTION: L’AOT DANS UN MÉLANGE D’EAU ET D’HUILE Vs L’AOT est conique qui favorise la formation des micelles inverses Ah Co=Vs/Ahlc > 3 lc Les micelles inverses d’AOT Wo = [H2O]/[AOT] Dans cette exposée, nous parlerons uniquement des micelles inverses constituées d’AOT. La molécule d’AOT qui est un détergent anionique est donnée sur les Figures du haut. Cette molécule possède deux chaines éthylexyles hydrophobes et tête polaire chargé négativement constituée essentiellement d’un groupe sulfonate contrebalancé par un ion sodium. Du fait de sa structure conique, la formation de micelle inverse est favorisée comme le montre le diagramme de phase du système ternaire donnée sur la troisième figure ou la phase micellaire inverse (L2) est très importante. Ce diagramme donne les structures formée en fonction des fraction en eau, AOT ou huile. Lorsque la quantité de solvant est importante, on observe un phase L2 ou micellaire inverse. Comme illustré sur la quatrième figure. Sur cette Figure nous montrons une MI avec ses différentes régions. Une MI est caractérisée par le rapport Wo qui est le rapport molaire eau sur tensioactif. Ce rapport détermine la taille des micelles et leur contenue en eau. En partant du centre de la MI, la sphère bleu claire donne l’eau dite libre dont les propriétés physico-chimiques sont proches (sans toute fois être identique) a l’eau pure. La couronne bleu foncée donne l’eau dite liée dont les propriétés sont influencées par la charge des têtes polaires. Cette couche d’eau liée peut être caractérisée par RMN. La quantité d’eau libre par rapport a celle d’eau liée dépend de la taille de la micelle. Ensuite on a le rayon du cœur d’eau qui en prenant compte l ’épaisseur des têtes dh peut être obtenue par SAXS. La longueur de lc est l’épaisseur de la queue hydrophobe de l’AOT qui vaut en fonction de la littérature 12 Å. Enfin si on additionne la valeur de RW et de lc on obtient le rayon hydrodynamique de la micelle qui peut être caractérisée par exemple par diffusion de la lumière. lc Rw dH

6 INTRODUCTION: LE MODÈLE SPHÉRIQUE POUR DÉCRIRE LES MICELLES
Rayon expérimental Rw de la micelle inverse en fonction de Wo Lors de la diapo précédente, nous avons suggérée que le rayon du cœur d’eau de la micelle varie en fonction du rapport Wo. Sur cette Figure, nous montrons qu il existe en considérant la micelle comme un objet sphérique une relation linéaire entre le rayon expérimentale du cœur d’eau Rw (déterminée par différente méthode expérimentale) et le rapport Wo. Ce graphique a été construit en soustrayant dans le cas par exemple de la SANS ou de la spectroscopie de photon la longueur de la chaine d’AOT 12 A plus l’épaisseur de la tête polaire 4.0 A. La pente de la droite vaut 1.5 qui est caractéristique d’une micelle d’AOT sphérique. L’ordonnée a l’origine vaut 5.26 et donne l’épaisseur de la tête polaire en absence d’eau. 6

7 Hypothèse d’une micelle inverse sphérique
INTRODUCTION: LE MODÈLE SPHÉRIQUE POUR DÉCRIRE LES MICELLES ? Sur cette figure, l’hypothèse du modèle sphérique pour les micelles inverses. Pour cela nous avons reporté les variations linéaires de Rw en fonction de (en rouge) déterminé avec les paramètres a partir des valeurs expérimentales. En violet nous donnons le rayon du cœur d’eau calculée en prenant les valeurs calculées du volume du molécule d’eau et de la surface par tète polaire en fonction de Wo déterminée à partir des valeurs expérimentales. [clic] On remarque que pour des micelle inverses peu hydrates la courbe n’est pas linéaire mais subir une remontée au petit Wo. Sur le graphique du haut nous avons reportée la différence entre Rw et Rexp. On constate que cette différence est significative pour des micelles inverse de taille Wo < 15 Si les micelles étaient sphériques à petit Wo, la valeur de Rwexp et Rcalc devrait être similaires aux erreurs de mesures prés. Cette différence pourrait suggérer que les micelles sont anisotropes. On sait que les solutions micellaires d’AOT sont polydisperses par nature (de l’ordre de 20%), de plus on sait par exemple que dans les expériences de diffusions SAXS et SANS les spectres de MI isotropes polydisperses et anisotropes donnent sont similaires. Ce qui rend l’interpretation des spectres non-univoque On peut donc imaginer que l’existence de micelle anisotrope. Pour des valeurs de Wo< 15, les micelles inverses sont elles sphériques ?

8 Objectifs de l’étude 8 INTRODUCTION: OBJECTIFS DE L’ÉTUDE
Caractériser la structure des micelles inverses avec un rapport Wo < 15 dans une phase L2 expérimentale. Quatre tailles de micelles inverses simulées avec Wo=2, 3, 5 et 7. Examiner en fonction du rapport Wo, les variations: De forme des micelles et de leur cœur d’eau De dimension de la région polaire De leur structure interne L’hydratation des molécules d’AOT Pour étudier cette aspect plus en détail, nous avons décidé de nous intéressé a simuler des micelles de taille Wo< 15 dans les conditions d’une phase micellaire inverse expérimentale (lire la diapo). Bien sur aux micelles inverses et a fortiori aux micelles inverses d’AOT. On peut distinguer deux approches différentes dont les avantages et les inconvénients vont être succinctement décris dans les deux diapos suivantes Dans le but de proposer un modèle pour les micelles inverses d’AOT peu hydratées dans l’isooctane. 8 8

9 INTRODUCTION: PRÉCÉDENTS MODÈLES DE MICELLES INVERSES
En deux diapos Précédents modèles de micelles inverses d’AOT (I) INTRODUCTION: PRÉCÉDENTS MODÈLES DE MICELLES INVERSES Approche implicite Traitement simplifié des interactions avec l’environnement polaire (i.e. l’intérieure de la micelle) et avec la phase huileuse simulée implicitement. Modèle de micelle inverse d’AOT (Wo=7.5) (Faeder et Ladanyi, 2003) La première approche fait appelle a un modèle implicite ou le cœur aqueux de la MI est modélisée plus ou moins explicitement. Ceci est illustrée sur la Figure de gauche. Dans ce approche, la micelle baigne dans une phase diélectrique continue (qui modélise le solvant et les queues d’AOT). La coque de la micelle est rigide. Les tètes polaires négatives (en bleue) sont fixes a la paroi de la cavité et les cations et les molécules d’eau peuvent bouger librement. Un exemple de micelle est donnée sur la Figure de droite pour une micelle d’AOT de rapport Wo=7.5. L avantage de ce modèle est de limiter le nombre de site d’interaction notamment ceux du solvant et par conséquent permet de simuler en théorie des micelles de grande taille. L’inconvénient de cette approche est qu’elle ne prend pas en compte les possibles déformations de la micelle liée aux molécules de solvant. Permet de simuler des micelles inverses de grandes tailles, mais se révèle trop simple pour représenter un environnement micellaire réel. 9

10 INTRODUCTION: PRÉCÉDENTS MODÈLES DE MICELLES INVERSES
En deux diapos Précédents modèles de micelles inverses d’AOT (II) INTRODUCTION: PRÉCÉDENTS MODÈLES DE MICELLES INVERSES Approche explicite Traitement plus ou moins explicite des interactions pour les différents composants du système micellaire (i.e. détergents, eau, solvant) RM « coarse-grains » AOT Wo=2-5 dans 990 mol. d’hexane (t=2 ns) (Brodskya et Mudzhikova, 2006) RM AOT (Wo=10) dans 275 mol. de toluène (t=250 ps) (Alaimo et Kumosinski, 1997) AOT H2O toluène La seconde approche fait appelle a un modèle explicite où l’ensemble des molécules de la solution micellaires sont simulées explicitement. La première simulation d’AOT est du à ma connaissance Alaimo et Kumosinski (1975) pour une micelle de taille Wo=10 dans le toluene. Elle est courte (250 ps) la micelle simulée baigne dans tres peu de solvant. Seule la stabilité de l’aggregat a ete examiné. Une autre approche plus recente (2006) fait appelle a un approche coase grains ou certaine partie de la molecule d’AOT sont modélisés par une seule site. L’avantage de cette approche de simuler des systèmes plus reels (meme si dans les cas examinés) on est enccore loin des conditions experimentales mais en contrepartie on perd en finesse. Par conséquent notre approche fait un bond qualitatif en simulant de fcon totalement explicite les molécules de détergent, d’eau et d’isooctane, mais nous a obliger de restreindre nos simulation a des micelles inverses de rapport Wo < 7.

11 I. Structures des micelles inverses d'AOT en fonction de Wo

12 Les simulations de dynamique moléculaire
I. STRUCTURES DES MICELLES INVERSES D’AOT EN FONCTION DE WO Les simulations de dynamique moléculaire Paramètres des simulations moléculaires (MD): Champs de force pour l’AOT, l’isooctane dérivés de CHARMM (Bandyopadhyay, S. Indian Institute of Technology, Kharagpur) Modèle d’eau : TIP3 T=300 K et P=0.1 MPa t =12 fs (r-RESPA) Les micelles inverses sont simulées dans une concentration en isooctane similaire à une phase L2 expérimentale (soit > 80 % du volume total de la boite de simulation). Micelles inverses avec Wo=3 construites avec deux protocoles différents: préformée (p). selon un processus de « micellisation » dans le vide (m). Conditions périodiques de bords Electrostatique: Ewald/PME Code de MD ORAC Lire la diapos 12

13 Un exemple de changement de structure des micelles inverses
I. STRUCTURES DES MICELLES INVERSES D’AOT EN FONCTION DE WO Un exemple de changement de structure des micelles inverses Lire la diapos Configuration finale (t=3 ns) de la micelle inverse avec un rapport Wo=5. Rotation selon l’axe Y et la micelle coupée selon un plan vertical. 13

14 Forme des micelles inverses d'AOT en fonction de Wo (I)
I. STRUCTURES DES MICELLES INVERSES D’AOT EN FONCTION DE WO Forme des micelles inverses d'AOT en fonction de Wo (I) La forme des micelles et des cœurs d’eau est donnée par l’excentricité e: a b c a >b > c Wo=3p Pour quantifier la forme des micelles inverses en fonction du rapport Wo, nous avons déterminé leurs eccentricités e. La valeur de e est calculée à partir des longueurs des semiaxes a et c d’un ellipsoïde modélisant la micelle. Pour une sphère a=c et donc e vaut 0. Pour une tige aplatie e tend vers 1. Sur la Figure, nous avons représenté à titre d’exemple l’évolution en fonction du temps du changement de forme de la micelle de rapport Wo =3. Comme on peut le constater, et c’est le cas, pour toutes les micelles que nous avons simulées, celle-ci est anisotrope. On constate en premier lieu que le changement de forme de la micelle a lieu environ apres 1ns de simulation. Ensuite constate que la forme du cœur d’eau (en rouge) de la micelle (calculé en tenant compte que des atomes de d’eau de la MI) est plus aplatie que la micelle entière (en noir). 14

15 Forme des micelles inverses d'AOT en fonction de Wo (II)
I. STRUCTURES DES MICELLES INVERSES D’AOT EN FONCTION DE WO Forme des micelles inverses d'AOT en fonction de Wo (II) Si on examine les eccentricités moyennes des micelles et des cœurs d’eau en fonction de Wo donnée sur cette figure. Les deux droites sur les figures sont places comme guide pour l’œil. On constate d’abord que les eccentricités du cœur d’eau reste toujours supérieur a celle de la micelle et ne varie pas avec Wo. On observe le même phénomène pour la micelle entière. On peut aussi remarquer l’influence de la conditions initiales sur la forme des micelles et de cœurs d’eau, comme le montre les eccentricités moyennes différentes obtenue pour les les deux micelles de rapport Wo=3. Enfin ces résultats suggèrent aussi que les micelles dans la plage de Wo étudiées restent ellipsoïdales et leur forme ne n’évolue vers la sphère, comme d’autres résultats récents semblent le suggérer en utilisant un modèle « coarse-grain » pour des micelles avec des tailles similaires aux nôtres. 15

16 Dimension de la zone aqueuse des micelles en fonction de Wo
I. STRUCTURES DES MICELLES INVERSES D’AOT EN FONCTION DE WO Dimension de la zone aqueuse des micelles en fonction de Wo La dimension de la zone aqueuse est calculée avec le rayon de giration. Pour un ellipsoïde: RgSAXS : Rayon de giration calculé à partir des spectres simulés de SAXS (Guinier) Sur cette diapo nous nous intéressons a la dimension de la zone aqueuse des micelle (c est a dire l’eau, les cations et les groupes sulfonates des AOT). Pour cela, nous avons calculé les rayons de giration qui peuvent obtenus par SAXS notamment. Pour comparer avec l’expérience, nous avons calculé le rayon de giration avec la formule classique avec utilisant la position des atomes par rapport au centre de masse. Nous avons aussi calculée le Rg en utilisant l’approche de Guinier a partir des spectres de diffusion de SAXS simulés (en bleu) enfin ces résultats ont été comparé à ceux de SAXS obtenue par Yano et al pour des micelles dans l’isooctane (en rouge). Comme on peut le constater les résultats de nos simulations sont ceux donnée par Yano et al, notamment pour les plus grandes. Les résultats de SAXS sont indépendants de la forme et donc sans faire aucune approximation sur la forme des micelles, nous obtenons des résultats similaires. 16

17 Dimension des cœurs d’eau des micelles en fonction de Wo
I. STRUCTURES DES MICELLES INVERSES D’AOT EN FONCTION DE WO Dimension des cœurs d’eau des micelles en fonction de Wo Comme nous l’avons indiqué en introduction, on considère que les micelles inverses sont sphériques, et que le rayon du cœur d’eau varie en fonction de Wo. Sur cette diapo nous avons donc reporté les dimension des cœurs d’eau en approximant leur forme comme de sphères. Les rayon des sphères de même volume que les ellipsoïdes sont données en vert foncé sur la Figure. L’ajustement linéaire des points est donnée par la droite verte foncée. La droite en bleu claire donne l’ajustement linéaire des point de la courbe rouge pour les valeurs expérimentales comprises entre 0 et 10. On constate d’abord que les valeurs des pentes sont assez similaires entres les différentes droites. Les ordonnées a l’origine entres les droites bleu et vertes sont similaires et sont plus élevée que la valeur expérimentale ce qui suggère que les molécules d’eau assez profondément au niveau des tetes polaires des AOT avec Wo. Ce point nous amène a considérer la structure interne des micelles et l’hydratation des molécules d’AOT avec Wo. 17

18 Structures internes des micelles inverses d'AOT en fonction de Wo
I. STRUCTURES DES MICELLES INVERSES D’AOT EN FONCTION DE WO Structures internes des micelles inverses d'AOT en fonction de Wo Profils de densité a(r) par rapport au centre de masse (r=0 Å) des micelles Wo=5 Cette figure présente un exemple assez représentatif de profile de densité en fonction du centre de masse de la micelle (r=0A) moyenné sur toute la trajectoire pour la micelle avec un rapport Wo=5. Remarquons que les étalement et les chevauchement sont due a l’anisotropie de la micelle. Lire le graphique. 18

19 Hydratation des molécules d'AOT en fonction de Wo
I. STRUCTURES DES MICELLES INVERSES D’AOT EN FONCTION DE WO Hydratation des molécules d'AOT en fonction de Wo Calculées à partir des fonctions radiales de paires (r) m p p: préformée m: micellisation Sur la Figure précédente, nous avons que la zone interfaciale était large dans nos micelle, ce qui suggère une hydratation des especes ioniques des micelles. Cette diapos donne le nombre (ou plus proche voisin) pour différentes paires en fonction de Wo. Ces leurs ont été calculées en intégrant les fonctions radiales de paires jusqu’a leur premier minimu âpres le premier pic. La molécule d’AOT possède cinq sites d’interaction donc 4 peuvent hydratée par l’eau. C est le cas des groupes sulfonates, des cations et des oxygènes carbonyles et ester. En regardant l’évolution du nombre d’interaction, on constate que les sites les plus hydratées sont les groupes et les ions sodium dont l’hydratation augmente avec Wo. On remarque aussi que les nombres d’interaction entre les deux micelles de taille Wo=3 sont assez différents, dans la thèse, nous avons indiqué que les conformations des molécules d’AOT entre ces deux micelles, ce qui pourrait expliquer ce résultat. Avec le rapport Wo, on observe une dissolution des interactions entres les ions sodiums et les groupes soufres. Dans toutes les simulations que nous avons faites, nous sommes partis du principe que les groupes sulfonates étaient les plus hydratés, en regardant la courbe rouge, on constate que notre approximation est justifiée. Sont environ 3 fois moins hydratés. Enfin on constate que les oxygènes esters sont peu accessibles a l’eau et ceux quelque soit le rapport Wo. 19

20 I. STRUCTURES DES MICELLES INVERSES D’AOT EN FONCTION DE WO
Conclusion partielle Micelles inverses ont des formes anisotropes avec des excentricités e  0.6 et 0.8 pour les micelles entières et les cœurs d’eau qui changent peu avec Wo. Ces résultats semblent corroborer certains résultats expérimentaux (Arleth et Pedersen, 2001) obtenus par SANS avec variation de contraste. Les dimensions de la zone aqueuse varient entre 11 Å et 16 Å et sont proches des valeurs de SAXS expérimentales (Yano et al, 2000). Les rayons des cœurs d’eau Rw varient linéairement avec Wo, la pente (1.4) est similaire à celle de la littérature expérimentale (1.5). La structure interne des micelles présente un environnement assez hétérogène où la pénétration de molécules d’AOT est possible. Avec l’augmentation de Wo, on constate l’hydratation plus efficace des groupes sulfonate et des contre-ions par rapport aux autres sites de la molécule d’AOT. Lire la conclusion 20 20

21 II. MICELLES INVERSES D’AOT AVEC UN PEPTIDE CONFINÉ

22 Les simulations de dynamique moléculaire
II. MICELLES INVERSES D’AOT ET PEPTIDES CONFINÉS Deux tailles de micelles inverses simulées avec un rapport Wo4.8 et Wo 6.8 avec un peptide alanine en hélice- canonique zwittérionique: dN-C12.5 Å Avec deux orientations du peptide dans le cœur d’eau Cas (a) Cas (b) 90° Pour Wo4.8 Pour cela, nous avons étudié la stabilité d’un peptide alanine en hélice- confiné dans les micelles d’AOT de taille Wo=4.8 et 6.8. On sait que ces peptides sont instables dans l’eau et rapidement dénaturé. Ceci est causé par l’échange des liaisons intrapeptidique par des liaisons interpeptidique avec l’eau On imagine alors que confinée le peptide dans la micelle va stabiliser la structure du peptide en fonction de l’hydratation préférentielle des têtes d’AOT. Examinons cette hypothèse. La taille bout a bout en hélice a vaut 12,5 Å. La dimension des cœur d’eau des micelles est suffisamment grand pour faire renter le peptide dans la micelle de taille Wo=4.8 (et a fortiori dans la micelle de taille Wo=6.8). Pour examiner l’influence de l’environnement du peptide sur sa stabilité et aussi pour augmenter la statistique, nous avons orienté le peptide, nous avons choisis deux orientation pour peptide. Dans le cas a de façon aléatoire, alors dans le cas nous avons fait faire au peptide une rotation de 90 une rotation de 90° dans le même cœur d’eau du cas a cœur d’eau c24 Å a32 Å 22

23 Forme des micelles inverses avec le peptide confiné (I)
II. MICELLES INVERSES D’AOT ET PEPTIDES CONFINÉS Wo=4.8a e Pour la micelle avec Wo=4.8 e Sur cette diapo, nous montrons a titre d’illustration, l’évolution en fonction des formes des micelles et des cœurs d’eau pour les micelles inverses de taille Wo=4.8 (lire la figure) Wo=4.8b 23

24 Forme des micelles inverses avec le peptide confiné (II)
II. MICELLES INVERSES D’AOT ET PEPTIDES CONFINÉS Variation de la forme des micelles inverses avec le peptide confiné 6.8b 3m b 4.8b 6.8a 3p 4.8b 6.8b a 6.8a 4.8a 3m 4.8a Sur cette figure est reportée les eccentricités moyennes des cours des micelles et des cœurs d’eau pour les 4 micelles avec les peptides confinés par rapport aux micelles vides 3p p: préformée m: micellisation 24

25 Dimension de la zone aqueuse avec le peptide confiné
II. MICELLES INVERSES D’AOT ET PEPTIDES CONFINÉS De la meme, nous donnons ici les dimensions des rayons de giration de la zone aqueuse avec le peptide confinée (lire la figure) 25

26 Leur cœur d’eau est plus ellipsoïdal que la micelle entière
Conclusion partielle II. MICELLES INVERSES D’AOT ET PEPTIDES CONFINÉS Les deux orientations données aux peptides affectent significativement la forme des micelles « pleines » plus anisotropes que les micelles « vides ». Leur cœur d’eau est plus ellipsoïdal que la micelle entière Le rayon de giration de la zone aqueuse des micelles contenant le peptide augmente de façon sensible par rapport aux micelles vides, en raison du changement de structure du cœur d’eau. De la meme, nous donnons ici les dimensions des rayons de giration de la zone aqueuse avec le peptide confinée (lire la figure) 26

27 III. COMPRESSIBILITÉS DES MICELLES INVERSES EN FONCTION DE WO
Dans cette courte section, nous parlerons des compressibilités des micelles vides et avec les peptides confinés

28 III. COMPRESSIBILITÉS DES MICELLES INVERSES EN FONCTION DE WO
La compressibilité β III. COMPRESSIBILITÉS DES MICELLES INVERSES EN FONCTION DE WO La compressibilité adiabatique s d’une micelle inverse est donnée par l’équation de Laplace: Mesurée expérimentalement Où c est la vitesse de l’onde ultrasonore et , la densité de la solution Les volumes des solutions ne convergeant pas, nous avons déterminé la compressibilité isotherme T des micelles inverses simulées avec le rapport Wo: - La formule de fluctuation permet de calculer beta en seule simulation - La précision de beta dépend de la rapidité de convergence des volumes Où  Coefficient d’expansion thermique, Cp la capacité calorifique à T cte. VT, , kb et T : Volume de total de la boîte de simulation, volume du composé i, la constante de Boltzmann et T la température absolue, respectivement. 28

29 La compressibilité de la micelle inverse en fonction de Wo
III. COMPRESSIBILITÉS DES MICELLES INVERSES EN FONCTION DE WO La compressibilité d’une micelle βmic= βAOTAOT + βNa+Na+ + βH2OH2O (+ βpeppep) - Les volumes de Voronoi sont additif par definition et donc l’expression de beta est valide - Parler de la précision des mesures de beta s par rapport aux mesures de beta T - Pour Wo=0, les valeurs de beta tendent la compressibilité de l’AOT - La compressibilité diminuent légèrement avec beta car le peptide rend la micelle plus rigide. 29

30 IV. STABILITE D’UN PEPTIDE ALANINE CONFINÉ DANS LES MICELLES
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31 Stabilité des hélices- des octapeptides
IV. STABILITE D’UN PEPTIDE ALANINE CONFINÉ DANS LES MICELLES Deux propriétés structurales pour étudier la stabilité de l’hélice: La déviation quadratique moyenne des carbones- (rmsdC) par rapport à l’hélice- initiale. La stabilité des liaisons hydrogènes intrapeptidiques (IHB) Une hélice- canonique a 4 (IHB) de type CO(i)→NH(i+4): (1) CO(1) → NH(5) (2) CO(2) → NH(6) (3) CO(3) → NH(7) (4) CO(4) → NH(8) La stabilité de la structure tridimensionnelle des octapeptides dans les micelles, a été étudier en examinant la déviation quadratique moyenne des carbones alpha par rapport a l’hélice alpha initiale et en examinant des liaisons hydrogènes intrapeptidiques caractéristiques d’une hélice soit CO(i)→NH(i+4). L’alanine peptide avec 8 résidus en hélices alpha canonique 4 liaisons hydrogène de ce type. Nous avons attribuer pour la suite un code couleur. Sur la Figure du bas, nous montrons la configuration du peptide dans l’eau. Comme attendu la structure secondaire est dénaturée est les changements de conformation du peptide sont nombreux, ce qu’indique les larges (autours de 3-4 A) du rmsd. Pour ce peptide, les liaisons hydrogènes décrites précédemment n’apparaissent pas. Config. finale du peptide dans l’eau pure 31

32 Stabilité du peptide dans la micelle (I)
IV. STABILITE D’UN PEPTIDE ALANINE CONFINÉ DANS LES MICELLES Dans la micelle inverse RM64+A8 (Wo4.8) (1) CO(1) → NH(5) (2) CO(2) → NH(6) (3) CO(3) → NH(7) (4) CO(4) → NH(8) (a) (b) Si on s’intéresse a la conformation du peptide dans la micelle de rapport Wo=4.8, on constate de façon flagrante que la structure du peptide est stable dans les deux micelles par rapport a la structure du peptide dans l’eau. Et les liaisons hydrogènes de type CO(i)→NH(i+4) sont conservées. On note cependant l’existence de sauts de RMS liés a des période de relaxation du peptide. Ces sauts se traduisent pas des gaps au niveau de certaines liaisons intrapeptidiques, liée a des échanges sporadiques entres le peptide et l’eau. Cependant en raison du fait que l’eau est essentiellement aux têtes des AOT. L’hydratation du peptide est peu favorisée au détriment des têtes polaires. Une autre remarque que l’on peut faire c’est que la stabilité du peptide est indépendant de l’orientation donnée dans le cœur d’eau de la micelle. Tout au plus signalons une légère différence dans la stabilité de la liaison intrapeptidique au niveau de la partie C-terminale qui pourrait provenir de sa localisation dans la micelle. 32

33 Stabilité du peptide dans la micelle (II)
IV. STABILITE D’UN PEPTIDE ALANINE CONFINÉ DANS LES MICELLES Dans la micelle inverse RM82+A8 (Wo6.8) (1) CO(1) → NH(5) (2) CO(2) → NH(6) (3) CO(3) → NH(7) (4) CO(4) → NH(8) 33 (b) (a) Si on s’intéresse au résultats obtenues dans la micelle de rapport Wo=6.8, on constate des différences entres les deux micelles qui suggèrent une légère dépendance de la stabilité du peptide en fonction de son orientation. Par exemple dans la première micelle est rapidement dénaturé au bout de 1.5 ns, alors que dans l’autre, le processus de dépliement est plus long. Et au bout de 10 ns, la peptide sa conformation. Ces différence pourrait provenir du fait que ces deux peptides ont des localisations différentes dans le cœur d’eau de la micelle, comme nous le montrons dans la thèse. Et il suffit que la partie N terminale chargé positivement interagisse avec les charges négatives des AOT et soit située dans la zone interfaciale pour que cette partie soit plus stables. Comme nous le suggérons dans la thèse.

34 Influence des têtes d'AOT sur la stabilité de l'octapeptide
IV. STABILITE D’UN PEPTIDE ALANINE CONFINÉ DANS LES MICELLES Influence des têtes d'AOT sur la stabilité de l'octapeptide Avec deux systèmes « hybrides » basés sur la micelle avec Wo4.8 AOT sans tête SO3- T=3.0 ns T=240 fs 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3 # CO(i)→NH(i+4) AOTh AOT Temps [ns] Gouttelette d’eau Comme nous l’avons présenté en introduction, nous supposons que la stabilité du peptide est causé en autre par la compétition d’hydratation entres têtes polaires et groupements hydrophiles du peptide. Pour examiner cette hypothèse, nous avons deux systèmes hybrides. Dans le premier nous avons le groupement sulfonate de l’AOT et les contre-ions (clic) pour donner une molécule AOTh. Au début de la simulation, les molécules d’AOTh sont sont localisé entre l’eau et le solvant. A la fin de la simulation, du fait de la perte du caractère amphiphile de la molécule d’AOT, les molécules d’AOT se retrouvent dans la phase d’isooctane. L’examen du peptide de la stabilité du peptide, montre un saut du RMS a 500ps qui correspond à la dénaturation du peptide et la cassure des liaisons hydrogènes intrapeptidiques. Dans le second système, nous avons complètement enlevé les molécules d’AOT pour ne laisser dans une gouttelette d’eau dans la phase d’isooctane. Il en résulte un dépliement rapide du peptide comme le montre le saut du RMS et la brisure des IHB. On remarque aussi que le peptide se retrouve a la surface de la gouttelette d’eau du fait de son caractère légèrement hydrophobe. T=2.5ns # CO(i)→NH(i+4) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3 Temps [ns] 34

35 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

36 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
Conclusions (I) CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES Propriétés structurales des micelles inverses d’AOT avec Wo Les micelles simulées sont anisotropes avec des excentricités plus élevées pour les cœurs d’eau (0.8) que pour les micelles ( 0.6). Avec Wo, l’hydratation des groupes sulfonates de l’AOT et des ions Na+ augmentent et ce sont les principaux sites hydratés de la micelle inverse. Les compressibilités isothermes des micelles inverses mic varient linéairement avec Wo de façon similaire à la compressibilité (adiabatique) mesurée expérimentalement. 36

37 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
Conclusions (II) CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES Structures des micelles inverses d’AOT avec un peptide alanine confiné: L’insertion du peptide modifie de façon significative la forme et change peu la dimension des cœurs d’eau micellaires par rapport aux micelles inverses « vides » de taille similaire. La compétition d’hydratation entre les têtes polaires et de sites polaires du peptide joue un rôle prépondérant dans la stabilité du peptide confiné. Avec l’introduction du peptide, la compressibilité isotherme des micelles ne change pas significativement. 37

38 CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
Sur la structure des micelles inverses: Etudier l’influence des conditions initiales sur la structure des micelles et d’autres paramètres de simulation (le champ de force, le modèle d’eau, la concentration ou le type de solvant etc.) Simuler les spectres de diffusion (SAXS, SANS) et comparer avec les données expérimentales. Simuler des micelles inverses de grande taille (avec R=40 Å) et comparer avec les experiences de cryofracture. Calculer la compressibilité adiabatique des micelles inverses Sur les peptides et protéines confinés dans les micelles inverses: Etudier l’effet de l’insertion de polypeptides ou de (petites) protéines en fonction de leur charge de surface sur la structure des micelles en fonction du rapport Wo. Evaluer les changements de structure des polypeptides ou protéines confinés avec le type de détergent ionique (AOT) ou non ionique (C12E4) par rapport leurs structures dans l’eau. 38

39 Remerciements Chanda S. et Bandyopadhyay S. pour m’avoir permis d’utiliser leur champ de force de l’AOT en primeur Gino Marchetti pour son aide pour le calcul des rayons a partir des spectres de SAXS simulés. Fabio Sterpone pour son aide durant les premiers mois de la thèse. Alain Coron pour des programmes en PERL très utiles. Last but not least, mes deux gurus (Massimo et Wladimir) qui m’ont supporté durant tout ce temps. 39 39

40 Merci pour votre attention !!!