Traitement des interactions électrostatiques dans les systèmes moléculaires - Etude par simulation numérique de protéines fluorescentes

Reaction processes in biological systems are henceforth modeled by more and more advanced quantum mechanics (QM) methods coupled with force fields of molecular mechanics (MM). This improvement involves problems in the usual treatment of the QM/MM electrostatic interactions. In the first part of the thesis, we have developed a more consistent approach for the calculation of these interactions. In a second part, we have applied some computational methods to fluorescent proteins. A molecular dynamics study has revealed weak van der Waals interactions which control the improved fluorescence for Cerulean, a variant of ECFP (Enhanced Cyan Fluorescent Protein). We have also investigated the photoconversion mechanism of the fluorescent protein EosFP using predictive QM/MM potentials for excited states. Finally, thermodynamic stability of different structures in IrisFP has been estimated. These molecular modeling studies improve our knowledge about fluorescent proteins in order to develop more advanced highlighters for cell imaging.Les processus réactionnels des systèmes biologiques sont désormais modélisés par des méthodes de plus en plus précises de mécanique quantique (MQ) associées aux champs de force de mécanique moléculaire (MM). Cette amélioration induit des complications dans le traitement habituel des interactions électrostatiques MQ/MM. Dans la première partie de cette thèse, nous avons développé une approche plus cohérente pour le calcul de ces interactions. Dans une seconde partie, nous avons appliqué certaines méthodes de simulation numérique aux protéines fluorescentes. Une étude de dynamique moléculaire a révélé de fines interactions de van der Waals qui conditionnent l'amélioration des propriétés de fluorescence dans la Cerulean par rapport à l'ECFP (Enhanced Cyan Fluorescent Protein). Nous avons également étudié le mécanisme de photoconversion de la protéine fluorescente EosFP par l'utilisation de potentiels MQ/MM appropriés au traitement des états excités. Finalement, la stabilité thermodynamique des différents états structuraux de la protéine IrisFP a été évaluée. Ces études de modélisation moléculaire améliorent notre compréhension des protéines fluorescentes afin de contribuer à leur développement pour l'imagerie cellulaire