Modèle QM/MM à croissance linéaire, polarisable et massivement parallélisée pour la catalyse enzymatique – MAPPLE

Élucider les mécanismes des réactions enzymatiques est fondamental pour concevoir des catalyseurs biomimétiques plus efficaces ou des mutants de protéines avec une activité catalytique renforcée. La modélisation précise d'un cycle catalytique à plusieurs étapes impose trois exigences essentielles : (i) une description quantique de haut niveau du centre réactif, (ii) l'échantillonnage correct de l'espace conformationnel de la protéine, et (iii) la simulation des processus se produisant au-delà l'échelle de temps de la nanoseconde. Le projet MAPPLE vise à développer, mettre en œuvre, valider et appliquer une nouvelle méthode QM/MD pour une description précise de la catalyse enzymatique, en combinant des développements récents tels que les méthodes de chimie quantique à croissancelinéaire, des interactions électrostatiques QM-MM entièrement variationnels utilisant un champ de force atomistique polarisable, et l'optimisation logicielle pour le calcul hautes performances. Cette nouvelle méthode QM/MD sera appliquée à une photocatalyse d'alcane synthase présente dans une microalgue, qui utilise la lumière pour transformer les acides gras en alcanes supérieurs. La réaction catalytique implique une initiation photochimique, plusieurs intermédiaires radicalaires et un cycle catalytique en 7 étapes avec des transformations allant de centaines de picosecondes à des dizaines de nanosecondes. Une fois terminé, le projet MAPPLE fournira un outil de modélisation de nouvelle génération utilisant des prouesses scientifiques et logicielles de pointe, généralisables à toute réactivité des macromolécules biologiques.