– LASIHMODo

En dépit de leur usage intensif pour la modélisation des protéines, les potentiels d'interaction (champs de force) utilisés en biologie souffrent d'une description médiocre des processus de polarisation à l'échelle atomique, qui sont malheureusement omniprésents dans les structures secondaires de protéines, stabilisées par un réseau serré de liaisons hydrogène. De gros efforts sont en cours en matière de développement de champs de force de nouvelle génération, capable de prendre en compte de façon quantitative les effets non-additifs (à n corps) et coopératifs. Afin de valider ces modèles innovants, les théoriciens ont besoin de confronter leurs prédictions avec des données de références collectées sur des biomolécules flexibles, et ceci dès les premiers stades de la modélisation, c'est-a-dire, pour des molécules isolées. A cet égard, l'impressionnant développement récent de la spectroscopie en phase gazeuse permet aux expérimentateurs de collecter des données de qualité spectroscopique sur l'énergétique et la structure du réseau de liaison hydrogène de molécules flexibles isolées et de leurs complexes avec l'eau. En particulier, un niveau de précision sans précédent peut être atteint désormais, notamment par la caractérisation individuelle des conformations peuplées ainsi que par l'obtention de spectres vibrationnels, où la contribution de chaque vibrateur peut être identifiée, conduisant à une caractérisation précise des liaisons hydrogène. Des expériences-clé sur des peptides modèles pertinents, isolés en phase gazeuse, complétées par des études spectroscopiques en solution, offrent alors une série unique de jalons précis permettant une validation pas-à-pas des modèles, depuis la molécule isolée jusqu'à des environnements plus complexes, et ceci bien plus graduellement que les comparaisons faites usuellement in fine avec la solution ou le cristal. Le présent projet propose une approche de type « bottom-up » visant à la synergie entre des physiciens de la phase gazeuse, des physico-chimistes et des théoriciens des interactions moléculaires, dans laquelle les améliorations graduelles de la modélisation des peptides et des protéines seront accompagnées et validées par des expérience-clés en phase gazeuse et en solution. Ces études seront focalisées sur trois questions difficiles pour la théorie, à savoir, i) les effets coopératifs le long des réseaux de liaisons hydrogène, se formant dans les structures secondaires des protéines comme les hélices, seront caractérisés par spectroscopie vibrationnelle avec sélection conformationnelle ii) la flexibilité des peptides, au travers d'expériences d'un nouveau type permettant la mesure précise des barrières d'isomérisation entre conformations en phase gazeuse et iii) les effets de solvatation, permettant de traiter aussi bien l'eau interstitielle que les couches de solvatation, au travers d'expériences en agrégats et en solution.