Study of biomacromolecule conformational changes by Scanning Force Microscopy

L?objectif de ce travail de thèse est l?étude des changements conformationels des biomacromolecules à l?échelle d?une molécule unique. Pour cela on a utilisé la Microscopie à Force Atomique (AFM) appliqué à l?étude des protéines et des acides nucléiques déposés sur une surface. Dans ce type de microscopie, une pointe très fine attachée à l?extrémité d?un levier est balayée au dessus d?une surface. L?interaction de la pointe avec la surface de l?échantillon induit la déflection du levier et ce phénomène permet de reconstruire la topographie de l?échantillon. Très importante dans cette technique est la possibilité de travailler en liquide. Cela permet de étudier les biomolécules en conditions quasi-physiologiques sans qu?elles perdent leur activité. On a étudié GroEL, la chaperonin de E.coli, qui est un homo oligomère avec une structure à double anneau qui joue un rôle très important dans le repliement des protéines dénaturées et celles qui viennent d?être synthétisées. En particulier on a focalisé notre attention sur la stabilité mécanique et sur les changements conformationels qui ont lieu pendant l?activité de GroEL. Une analyse détaillée des changements dans la stabilité mécanique et des effets produits par la liaison et l?hydrolyse de l?ATP est présentée dans ce travail. On a montré que le point le plus faible dans la structure de GroEL est l?interface entre les deux anneaux et que l?étape critique dans l?affaiblissement de la structure est l?hydrolyse de l?ATP. En ce qui concerne le changement conformationel, le passage d?une surface hydrophobe à hydrophile, induit par l?hydrolyse de l?ATP, a été montré. Ensuite on a étudié le changement dans la conformation et dans la topologie de l?ADN résultant de l?interaction avec des molécules spécifiques et en réponse à l?exposition des cellules de E.coli à des conditions de stress. Le niveau de surenroulement est un paramètre très sensible, de façon variée, à tous ces facteurs. Les cellules qui ont crus à de températures plus élevées que leur température optimale ont la tendance à diminuer le nombre de surenroulements négatif pour augmenter la stabilité thermique de leur plasmides. L?interaction avec des agents intercalant induit une transition d?un surenroulement négatif à un surenroulement positif d?une façon dépendante de la température. Finalement, l?effet de l?interaction de l?ADN avec des surfaces différentes a été étudié et une application pratique sur les noeuds d?ADN est présentée.<br/><br/>The aim of the present thesis work is to study the conformational changes of biomacromolecules at the single molecule level. To that end, Atomic Force Microcopy (AFM) imaging was performed on proteins and nucleic acids adsorbed onto a surface. In this microcopy technique a very sharp tip attached at the end of a soft cantilever is scanned over a surface, the interaction of the tip with the sample?s surface will induce the deflection of the cantilever and thus it will make possible to reconstruct the topography. A very important feature of AFM is the possibility to operate in liquid, it means with the sample immersed in a buffer solution. This allows one to study biomolecules in quasi-physiological conditions without loosing their activity. We have studied GroEL, the chaperonin of E.coli, which is a double-ring homooligomer which pays a very important role in the refolding of unfolded and newly synthetized polypeptides. In particular we focus our attention on its mechanical stability and on the conformational change that it undergoes during its activity cycle. A detailed analysis of the change in mechanical stability and how it is affected by the binding and hydrolysis of nucleotides is presented. It has been shown that the weak point of the chaperonin complex is the interface between the two rings and that the critical step to weaken the structure is the hydrolysis of ATP. Concerning the conformational change we have directly measured, with a nanometer scale resolution, the switching from a hydrophobic surface to a hydrophilic one taking place inside its cavity induced by the ATP hydrolysis. We have further studied the change in the DNA conformation and topology as a consequence of the interaction with specific DNA-binding molecules and the exposition of the E.coli cells to stress conditions. The level of supercoiling has been shown to be a very sensitive parameter, even if at different extents, to all these factors. Cells grown at temperatures higher than their optimum one tend to decrease the number of the negative superhelical turns in their plasmids in order to increase their thermal stability. The interaction with intercalating molecules induced a transition from positive to negative supercoiling in a temperature dependent way. The effect of the interaction of the DNA with different surfaces has been investigated and a practical application to DNA complex knots is reported.<br/><br/>Observer les objets biologiques en le touchant Schématiquement le Microscope a Force Atomique (AFM) consiste en une pointe très fine fixée a l?extrémité d?un levier Lors de l?imagerie, la pointe de l?AFM gratte la surface de l?échantillon, la topographie de celui-ci induit des déflections du levier qui sont enregistrées au moyen d?un rayon laser réfléchi par le levier. Ces donnés sont ensuit utilisés par un ordinateur pour reconstituer en 3D la surface de l?échantillon. La résolution de l?instrument est fonction entre autre de la dureté, de la rugosité de l?échantillon et de la forme de la pointe. Selon l?échantillon et la pointe utilisée la résolution de l?AFM peut aller de 0.1 A (sur des cristaux) a quelque dizaine de nanomètres (sur des cellules). Cet instrument est particulierment intéressant en biologie en raison de sa capacité à imager des échantillons immergés dans un liquide, c?est à dire dans des conditions quasiphysiologiques. Dans le cadre de ce travail nous avons étudié les changements conformationels de molécules biologiques soumises à des stimulations externes. Nous avons essentielment concentré notre attention sur des complexes protéiques nommé Chaperons Moléculaires et sur des molécules d?ADN circulaire (plasmides). Les Chaperons sont impliqués entre autre dans la résistance des organismes vivants aux stress thermiques et osmotiques. Leur activité consiste essentielment à aider les autres protéines à être bien pliés dans leur conformation finale et, en conséquence, à eviter que ils soient dénaturées et que ils puissent s?agréger. L?ADN, quant à lui est la molécule qui conserve, dans sa séquence, l?information génétique de tous les organismes vivants. Ce travail a spécifiquement concerné l?étude des changements conformationels des chaperonins suit a leur activation par l?ATP. Ces travaux ont montrés a l?échelle de molécule unique la capacité de ces protéines de changer leur surface de hydrophobique a hydrophilique. Nous avons également utilisé l?AFM pour étudier le changement du nombre des surenroulements des molécules d?ADN circulaire lors d?une exposition à un changement de température et de force ionique. Ces travaux ont permis de montrer comment la cellule regle le nombre de surenroulements dans ces molécules pour répondre et contrôler l?expression génétique même dans de conditions extrêmes. Pour les deux molécules en général, c?était très important d?avoir la possibilité de observer leur transitions d?une conformation a l?autre directement a l?échelle d?une seul molécule et, surtout, avec une résolution largement au dessous des la longueur d?onde de la lumière visible que représente le limite pour l?imagerie optique.

Applications du processus ancestral avec recombinaison et conversion en génétique statistique

Les diagrammes de transitions d'états ont été réalisés avec le logiciel Latex.

Synthesis and photoluminescence study of La1.8Eu0.2O3 coating on nanometric alpha-Al2O3

In this work the La1.8Eu0.2O3 coating on nanometric alpha-alumina, alpha-Al2O3@La1.8Eu0.2O3, was prepared for the first time by a soft chemical method. The powder was heat-treated at 100, 400, 800 and 1200 degrees C for 2 h. X-ray powder diffraction patterns (XRD), transmission electronic microscopy (TEM), emission and excitation spectra, as well as Eu3+, lifetime were used to characterize the material and to follow the changes in structure as the heating temperature increases. The Eu3+ luminescence data revealed the characteristic transitions D-5(0) --> F-7(J) (J = 0, 1 and 3) of Eu3+ at around 580, 591 and 613 nm, respectively, when the powders were excited by 393 nm. The red color of the samples changed to yellow when the powder was annealed at 1200 degrees C. The decrease in the (D-5(0) --> F-7(2))/(D-5(0) --> F-7(1)) ratio from around 5.0 for samples heated at lower temperatures to 3.1 for samples annealed at 1200 degrees C is consistent with a higher symmetry of the Eu3+ at higher temperature. The excitation spectra of the samples also confirms this change by the presence of a more intense and broad band at around 317 nm, instead of the presence of the characteristic peak at 393 mn, which corresponds to the F-7(0) --> L-5(6) transition of the Eu3+. The lifetimes of the D-5(0) --> F-7(2) transition of Eu3+ for the samples heat-treated at 100, 400, 800 and 1200 degrees C was evaluated as 0.57, 0.72, 0.43 and 0.31 ms, respectively. (C) 2006 Elsevier Ltd. All fights reserved.

Terbium(III) and dysprosium(III) 8-connected 3D networks containing 2,5-thiophenedicarboxylate anion: Crystal structures and photoluminescence studies

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Terbium(III) and dysprosium(III) 8-connected 3D networks containing 2,5-thiophenedicarboxylate anion: Crystal structures and photoluminescence studies

Two novel coordination polymers with the formula {[Ln(2)(2,5-tdc)(3)(dmso)(2)].H2O}(n) (Ln = Tb(III) for (1) and Dy(III) for (2)), (2,5-tdc(2-) = 2,5-thiophenedicarboxylate and dmso = dimethylsulfoxide) have been synthesized by the diffusion method and characterized by thermal analysis, vibrational spectroscopy and single crystal X-ray diffraction analysis. Structure analysis reveals that 2,5-tdc(2-) play a versatile role toward different lanthanide ions to form three-dimensional metal-organic frameworks (MOFs) in which the lanthanides ions are heptacoordinated. Photophysical properties were studied using excitation and emission spectra, where the photoluminescence data show the high emission intensity of the characteristic transitions D-5(4 ->) F-7(J) (J= 6, 5, 4 and 3) for (1) and (F9/2 -> HJ)-F-4-H-6 (J = 15/2, 13/2 and 11/2) for (2), indicating that 2,5-tdc(2-) is a good sensitizer. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Des pratiques d'ingénierie aux transitions sociotechniques. Retour sur la notion d'ingénierie hétérogène dans le cas des micro- et nanotechnologies

Cet article rend compte du travail d'ingénierie dans le domaine des micro- et nanotechnologies (MNT) en explorant une diversité de lieux où technologies et sociétés sont coproduites : comités internationaux où sont définies des feuilles de route (roadmap), laboratoires de recherche où sont conçus de nouveaux dispositifs, plates-formes d'exploration et de transfert des nouvelles technologies vers l'industrie, grands programmes de recherche où chercheurs et entreprises façonnent des infrastructures sociotechniques et régulent l'inscription sociétale des nouveautés techniques. Il utilise le concept d'« ingénierie hétérogène » (Law, 1989) afin d'expliquer la capacité de transformation sociale des pratiques d'ingénierie. Il montre ainsi que la théorie de l'acteur-réseau peut produire une description des mécanismes à l'oeuvre lors d'une transition sociotechnique, depuis la construction de projets de laboratoire jusqu'à leur inscription dans la société, sans pour autant renoncer à « suivre les acteurs » - notamment les ingénieurs - et leurs pratiques concrètes et situées.

Transitions familiales et brouilles conjugales : cumulation ou compensation des problèmes d'intimité à travers les phases du parcours de vie familial ?

Cette étude esquisse, sur la base d'un grand échantillon représentatif et longitudinal de couples vivant en Suisse et du point de vue des femmes ayant répondu à l'enquête, un tableau de l'évolution des problèmes conjugaux rencontrés au cours des différentes phases de la vie familiale. Le processus de dégradation de la relation est reconstitué à partir de 2 mesures faites dans un intervalle de 5 ans. La genèse des difficultés conjugales est considérée à travers le prisme des transitions familiales, en particulier la naissance des enfants, leur entrée à l'école et leur départ du domicile parental. L'analyse révèle le potentiel déstabilisateur de ces transitions pour le couple. Les bouleversements de l'équilibre relationnel évoluent, dans certains cas, vers un cumul de difficultés qui envahissent l'espace conjugal pour déboucher sur une situation rapidement inextricable.

Two phase transitions in (d(x2-y2)+is)-wave superconductors

We study numerically the temperature dependencies of specific heat, susceptibility, penetration depth, and thermal conductivity of a coupled (d(x2-y2) + is)-wave Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) superconductor in the presence of a weak s-wave component (1) on square lattice and (2) on a lattice with orthorhombic distortion. As the temperature is lowered past the critical temperature T-c, a less ordered superconducting phase is created in d(x2-y2) wave, which changes to a more ordered phase in (d(x2-y2) + is) wave at T-c1. This manifests in two second-order phase transitions. The two phase transitions are identified by two jumps in specific heat at T-c and T-c1. The temperature dependencies of the superconducting observables exhibit a change from power-law to exponential behavior as temperature is lowered below T-c1 and confirm the new phase transition. (C) 1999 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Essai d'un système des transitions de la nature dans le regne mineral /

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Influence of metallic nanoparticles on electric-dipole and magnetic-dipole transitions of Eu(3+) doped germanate glasses

Luminescence properties of Eu(3+) doped germanate glasses containing either silver or gold nanoparticles (NPs) were investigated for excitation at 405 nm. Enhanced emissions and luminescence quenching of the Eu(3+) transitions in the range from 570 to 720 nm were observed for samples having various concentrations of metallic NPs. Electric-dipole and magnetic-dipole transitions that originate from the Eu(3+) level (5)D(0) exhibit large enhancement due to the presence of the metallic NPs. The results suggest that the magnetic response of rare-earth doped metal-dielectric composites at optical frequencies can be as strong as their electric response due to the confinement of the optical magnetic field. (C) 2010 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3431347]

New constraints on muon-neutrino to electron-neutrino transitions in MINOS

This paper reports results from a search for nu(mu) -> nu(e) transitions by the MINOS experiment based on a 7 x 10(20) protons-on-target exposure. Our observation of 54 candidate nu(e) events in the far detector with a background of 49.1 +/- 7.0(stat) +/- 2.7(syst) events predicted by the measurements in the near detector requires 2sin(2)(2 theta(13))sin(2)theta(23) < 0.12(0.20) at the 90% C.L. for the normal (inverted) mass hierarchy at delta(CP) = 0. The experiment sets the tightest limits to date on the value of theta(13) for nearly all values of delta(CP) for the normal neutrino mass hierarchy and maximal sin(2)(2 theta(23)).

Search for Muon-Neutrino to Electron-Neutrino Transitions in MINOS

This Letter reports on a search for nu(mu)->nu(e) transitions by the MINOS experiment based on a 3.14x10(20) protons-on-target exposure in the Fermilab NuMI beam. We observe 35 events in the Far Detector with a background of 27 +/- 5(stat)+/- 2(syst) events predicted by the measurements in the Near Detector. If interpreted in terms of nu(mu)->nu(e) oscillations, this 1.5 sigma excess of events is consistent with sin(2)(2 theta(13)) comparable to the CHOOZ limit when |Delta m(2)|=2.43x10(-3) eV(2) and sin(2)(2 theta(23))=1.0 are assumed.

Phase transitions and regions of stability in Reissner-Nordstrom holographic superconductors

The phase transition of Reissner-Nordstrom AdS(4) interacting with a massive charged scalar field has been further revisited. We found exactly one stable and one unstable quasinormal mode region for the scalar field. The two of them are separated by the first marginally stable solution.