Investigation of the topology of membrane polypeptides by solid state NMR spectroscopy and attenuated total reflection infrared spectroscopy (ATR-FTIR)
Institution:
Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The thesis consists of three different sections, which follow slightly different approaches. In the first part the hydrophobicity a very basic property, of amino acids is determined. For the series of LAH4-like polypeptides a detailed thermodynamic model for the pH dependent topology of the peptides was developed. The topological changes were measured by attenuated total reflection infrared spectroscopy (ATR-FTIR). The results of the measurements and the theoretical model were used to determine the enthalpy for the insertion of some amino acid from water phase into the lipid bilayer interior. The second part gives a detailed overview of the advantages and problems of the application of deuterium NMR using 2H3C-Alanine. It is shown that the method can give valuable information of structure and dynamics of membrane polypeptides. Even thought solid-state NMR on 2H3C-Alanine labelled peptides was used before the systematic investigation of the properties of deuterium NMR on 2H3C-Alanine labelled peptides gives new and important aspects into the topic. In the third part the solid-state NMR method is applied to different natural polypeptides and proteins. For bacteriorhodopsin and gramicidine A solid-state NMR was used to investigate some details of the known structure of the protein/polypeptide. The structure of the membrane associated form of the amyloid b-peptide is widely unknown. It was tested, if solid-state NMR can provide further information of the membrane associated form of the amyloid b-peptide. For the proteins colicin E1 and BCL-XL detailed models are published and the solid-state NMR experiments are used to test these models. For the measurement of the channel-forming domain of colicin E1 a single-side labelled protein was used. The measured spectra belong to the first 15N solid-state NMR spectra of a single-side labelled protein (expressed in bacteria).
Abstract FR:
Cette thèse est divisée en trois parties qui suivent des approches différentes. Dans la première partie, l'hydrophobicité d'acides amines, propriété bien connue, est déterminée. Un modèle thermodynamique détaillé de la topologie de polypeptides dérivés du LAH4 en fonction du pH a été développé. Ces modifications dans la topologie ont été mises en évidence par la technique de spectroscopie infrarouge de réflexion totale atténuée. (abrégée en anglais ATR-FTIR). Grâce à ces résultats et à un modèle théoretique, nous avons pu déterminer l'enthalpie nécessaire à l'insertion d'acides aminés de la phase aqueuse vers l'intérieur d'une bicouche lipidique. La seconde partie donne une vue d'ensemble (avantages et limites) de l'utilisation de RMN du deutérium sur la 2H3C-alanine. Il est en effet prouvé que cette méthode peut fournir des informations sur la structure et la dynamique des polypeptides membranaires. Bien que la RMN du deutérium ait déjà été utilisée auparavant sur des peptides marqués à l'aide de 2H3C-alanine, l'étude systematique de tels peptides par cette technique éclaire de nouveaux aspects du sujet. Dans la troisième partie, la RMN à l'état solide est appliquée à différents polypeptides et protéines d'origine naturelle. Ainsi, pour la bacteriorhodopsine et la gramicidine A, certains détails de la structure déjà connue du protéine / polypeptide ont été néanmoins élucidés. La structure du ß-peptide amyloide dans sa forme membranaire est quant à elle largement inconnue : nous avons essayé de savoir si la RMN du solide pouvait fournir de plus amples informations. Enfin, pour les protéines colicine E1 et BCL-XL , nous avons testé la validité de modèles disponibles dans la littérature. Dans le cas du domaine formant le canal de la colicine E1, une protéine marquée uniquement à une seule position a été utilisée : les spectres 15N RMN à l'état solide sont parmi les premier mesurés pour une protéine exprimée par bactérie et marquée sur une seule position.