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Schahl, Adrien. Interactions polysaccharides-lipides : étude théorique et expérimentale combinant calculs de dynamique moléculaire, calculs quantiques de spectres RMN 13C et RMN 13C à l'état solide

Schahl, Adrien (2020). Interactions polysaccharides-lipides : étude théorique et expérimentale combinant calculs de dynamique moléculaire, calculs quantiques de spectres RMN 13C et RMN 13C à l'état solide.

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Résumé en francais

Les interactions entre polysaccharides et lipides forment aujourd'hui un vaste domaine d'étude, présentant notamment un intérêt particulier pour les industries alimentaires et pharmaceutiques. Nous savons que l'amylose, un polysaccharide composé de résidus glucose branchés en [apha 1→4] essentiellement linéaire, peut encapsuler de petites molécules hydrophobes formant ce qu'on appelle un polymorphe V. L'étude de ce type de complexes pourrait permettre de développer de nouvelles voies de formulations de substances bioactives ou de nouveaux adjuvants de vaccins. Ce type d'interactions pourraient aussi être présentes dans d'autres systèmes biologiques, tels que dans la capsule de Mycobacterium tuberculosis. En effet, cette couche externe enveloppant le bacille contient majoritairement un polysaccharide ramifié analogue à l'amylose appelé alpha-glucane mais aussi de multiples lipides connus comme étant des facteurs de virulence de cette mycobactérie, tels que les dimycocérosates de phthiocérol ou les dimycolates de tréhalose. La mise en évidence et l'analyse de ce type d'interaction pourrait permettre de comprendre l'organisation de cette capsule et d'en savoir plus sur ses fonctions biologiques. Ce manuscrit présente une étude mêlant méthodes théoriques et expérimentales de caractérisation des interactions au sein de complexes d'amylose en présence de lipides "classiques" ou mycobactériens ainsi que de systèmes comprenant des polysaccharides ramifiés. La première partie de ce manuscrit présente deux études purement théoriques portant sur des complexes d'amylose en présence d'acide palmitique et de doubles hélices d'amylose appelées polymorphe B. En utilisant une méthodologie couplant dynamique moléculaire (MD) et calculs de paramètres RMN par DFT, nous avons pu caractériser le nombre minimum de résidus glucose nécessaires pour former de manière stable le polymorphe V autour de l'acide palmitique. Nous avons pu aussi démontrer l'impact de la longueur du polymère sur le calcul de paramètre RMN et qu'il était crucial d'introduire le caractère dynamique de ces polymorphes afin d'obtenir des résultats en accord avec l'expérience. Concernant le polymorphe B, nous avons pu montrer qu'il était nécessaire de prendre en compte les conditions périodiques du système afin de pouvoir différencier deux types de résidu au sein de la double hélice, comme cela est observé expérimentalement sur des échantillons cristallins. A notre connaissance, aucun polymorphe V n'a été caractérisé en présence de lipides présentant plus d'une chaine lipidique. La deuxième partie de ce manuscrit décrit donc la formation de complexes d'amylose en présence de lipides classiques et mycobactériens présentant 1, 2 ou 4 chaines lipidiques et leur analyse par RMN du solide. Nous avons élaboré un modèle décrivant les différents équilibres mis en jeux lors de la complexation et avons pu démontrer que la structure primaire des lipides en était un des facteurs principaux. La présence d'une insaturation au milieu de la chaine lipidique semble notamment prévenir la formation de précipités lipidiques, et ainsi favoriser de la formation de polymorphes V. Les simulations MD couplées avec les calculs de paramètres RMN par DFT montrent que malgré la diversité de structures de complexation obtenues, ces dernières génèrent toutes un signal RMN reprenant les caractéristiques d'un polymorphe V et en accord avec les données expérimentales. Enfin, la troisième et dernière partie de ce manuscrit décrit les expériences théoriques et expérimentales réalisées sur des complexes polysaccharides branchés et de lipides. Nous avons pu démontrer que le protocole expérimental utilisé pour complexer l'amylose n'était pas adapté à l'étude de polysaccharides branchés. De plus, les expériences et calculs réalisés semblent décrire un effet de contraction de ces polysaccharides en présence de lipides, ce qui pourrait expliquer la structuration de la capsule à la surface du bacille Mycobacterium tuberculosis.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Jolibois, Franck
Réat, Valérie
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-Objets (LPCNO), UMR 5215
Mots-clés libres :Dynamique moléculaire - RMN 13C à l'état solide - RMN par calculs de chimie quantique - Polysaccharides - Lipides - Amidon - Mycobactéries
Sujets :Sciences du vivant
Déposé le :25 Feb 2021 14:54