Extension des méthodes d'affinement multipolaire de petites molécules aux macromolécules biologiques : application à la structure de l'Aldose Réductase Humaine résolue à 0.66Â - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2002

Extension of multipolar retinement methods from small molecules to proteins. Application to the 0.66Â resolution structure of Human Aldose Reductase

Extension des méthodes d'affinement multipolaire de petites molécules aux macromolécules biologiques : application à la structure de l'Aldose Réductase Humaine résolue à 0.66Â

Abstract

Improvements of macromolecular crystallography regularly push the limits of protein crystals X-ray diffraction. Hence, crystals of the ternary complex Human Aldose Reductase NADP+-inhibitor, diffracting up to 0.65Â resolution, have been obtained. Such a resolution allows to observe the deformation of the electron density due to the chemical environment. In this case, the spherical atom model used in protein crystallography is not adapted, and has to be substituted by a more sophisticated model, like the Hansen & Coppens multipolar atom model, which takes into account this new information. Then the present study concerns the extension of small molecules multipolar refinement methods to subatomic resolution proteins structures, with as application, the charge density study of the Aldose Reductase complex. For this work, we have developed in the LCM[exponent 3]B, on one hand a new software (MOPRO), adapted to classical multipolar refinement methods and to macromolecular crystallography techniques, and on the other hand, an experimental multipolar database describing the average electron density deformation of amino acids and of the NADP+ cofactor. These parameters have then been transferred to the enzyme atomic structure in order to constitute a starting point for the MOPRO multipolar refinement. Our results clearly justify the use of a non-spherical atom model in the case of subatomic resolution protein structures. Furthermore, on the basis of comparisons between experimental and theoretical results, we have shown that the experimental multipolar database parameters are a good descriptions of the active site electrostatic potential. By a more precise modeling of the electron density, these methods will allow a better understanding of the relationships between proteins structure and function.
L'évolution de la cristallographie des macromolécules biologiques repousse régulièrement les limites de diffraction des rayons X des cristaux de protéines. Ainsi, des cristaux de complexe ternaire Aldose Réductase Humaine-NADP+-inhibiteur ont été obtenus diffractant à résolution subatomique. Il devient alors possible d'observer la déformation de la densité électronique due à l'environnement chimique. Dans ce cas, le modèle d'atome sphérique utilisé couramment en cristallographie des protéines est inadapté et doit être remplacé par un modèle qui puisse tenir compte de cette nouvelle information, tel que le modèle multipolaire de Hansen et Coppens. La présente étude porte donc sur l'extension des méthodes d'affinement multipolaire des petites molécules aux protéines à résolution subatomique, avec pour application l'analyse du complexe Aldose Réductase. Pour cela, nous avons développé au LCM[exposant 3]B, d'une part un nouveau logiciel (MOPRO), adapté aux méthodes classiques d'affinement multipolaire et aux techniques de la cristallographie des macromolécules, et d'autre part une banque de données expérimentale des paramètres multipolaires décrivant la densité électronique de déformation moyenne des acides aminés et du cofacteur NADP+. Ces paramètres ont été transférés vers les atomes de la structure du complexe Aldose Réductase humaine pour constituer une base de départ de l'affinement multipolaire, réalisé avec MOPRO. Les résultats obtenus justifient l'emploi d'un modèle de densité électronique non sphérique pour l'étude de structures de protéines à résolution subatomique. De plus, en comparant des résultats expérimentaux et théoriques, nous avons montré que les paramètres de la banque de données des multipoles constituent une bonne description du potentiel électrostatique calculé dans le site actif. Ces méthodes devront permettre, par une meilleure modélisation de la densité électronique, de mieux caractériser les relations entre la structure et la fonction de l'enzyme.
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tel-01746693 , version 1 (29-03-2018)

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Cite

Benoît Guillot. Extension des méthodes d'affinement multipolaire de petites molécules aux macromolécules biologiques : application à la structure de l'Aldose Réductase Humaine résolue à 0.66Â. Autre [cond-mat.other]. Université Henri Poincaré - Nancy 1, 2002. Français. ⟨NNT : 2002NAN10027⟩. ⟨tel-01746693⟩
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