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Fluctuations dans les liquides Coulombiens structurés – FSCF

Fluctuations dans les Liquides Coulombiens Structurés

Modéliser et calculer correctement et d'une manière efficace les propriétés physiques de l'eau autour des molécules chargées. A ce jour, beaucoup de calculs approximatifs et peu contrôlés sont appliqués au problème posé. Notre objectif est de clarifier la base théorique de ce problème et de fournir un logiciel qui sera efficace et utile pour des applications en biologie. Ces méthodes sont, entre outre, important pour la prédiction de nouveaux médicaments.

Modèles et calculs

L'enjeu est la formulation d'une approche théorique de l'électrostatique des médias polarisés et le développement d'un logiciel performant pour l'application du/des modèle(s) théorique(s) aux systèmes de la matière molle et de la biologie.

La base méthodique du projet est la combinaison des expertises des partenaires sur le plan théorique et calculs. Pour le développement des théories continues de l'électrostatique de l'eau - liquide fortement polarisable - il est important d'inclure à la fois la structure de l'eau (l'orientation de molécules) et les fluctuations spatiales. Les deux aspects sont plus facilement traités numériquement sur la base de fonctionnels des champs électrostatiques convexes.

ESPCI poursuivit l'aspect de convexité de fonctionnels Poisson-Boltzmann. Actuellement, la méthode établie est testée sur un problème simple, un électrolyte confiné. La deuxième piste est l'intégration de notre méthode dans le logiciel AQUASOL. La troisième piste concerne l'inclusion des effets de fluctuations dans AQUASOL, qui vont dépendre des effets de charges miroirs et de l'énergie de Born.
L'équipe Lilloise travaille sur deux lignes: la première concerne la formulation d'une théorie cohérente incluant les effets nonlocaux et nonlinéaires, la deuxième la validation du modèle via une comparaison avec les calculs numériques MD. L'interaction sur le dernier point avec l'équipe lyonnaise est planifiée.
L'equipe Saclay collabore avec l'ESPCI sur le traitement de fluctuations; autrement, un calcul est en cours d'une théorie SCF d'un polyélectrolyte chargé et confiné dans une sphère: ceci est un modèle d'une molécule d'ADN ou d'ARN dans un capside virale.

L'impact sera potentiellement large, car la méthode sera applicable aux nombreux systèmes en biologie, chimie et la matière molle.

L’équipe de l’ESPCI vient de publier deux articles sur les fonctionnels convexes :
Legendre transforms for electrostatic energies, Justine S. Pujos, A.C. Maggs CECAM workshop: New Challenges in Electrostatics of Soft and Disordered Matter- in press.

L'objectif du projet est la modélisation théorique des effets de fluctuations dans les liquids Coulombiens structurés (SCF) et le développement des moyens de calcul pour l'application de ces modèles implicites du solvant aux systèmes biologiques.

Les liquids Coulombiens structurés sont composés des ions solvatés, des molécules chargées comme l'ADN, des protéines et leurs complexes, ou des structures encore plus larges comme des membranes. Comme ces système biologiques portent souvent des charges élevés, les fluctuations du potentiel ou du champ électrique ainsi que la structure du média polarisable autour de ces structures, de l'eau, sont à traiter proprement pour une description adéquate.

Dans la première partie du projet nous allons développer une extension d'une théorie Poisson-Boltzmann généralisée établie pour les SCF pour traiter les fluctuations du potentiel électrostatique. La deuxième partie du projet sera dédiée au développement d'une théorie Poisson-Boltzmann pour les SCF
en employant un fonctionnel contraint à base du champ électrique. Ce fonctionnel a, grâce à sa convexité, des grands avantages pour l'application aux
système biologiques larges.

Coordinateur du projet

Monsieur Ralf BLOSSEY (Institut de Recherche Interdisciplinaire) – ralf.blossey@iri.univ-lille1.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IPhT Institut de Physique Théorique CEA-Saclay
CNRS UMR 7083 Physico-Chimie Théorique ESPCI Gulliver
CNRS UMR 5672 Laboratoire de Physique ENS Lyon
CNRS USR 3078 Institut de Recherche Interdisciplinaire

Aide de l'ANR 382 591 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2012 - 36 Mois

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