Diffusion and enzymatic reactions in crowded solutions : statistical physics approaches
Les réactions biochimiques sont généralement étudiées dans des conditions diluées, avec des concentrations macromoléculaires bien inférieures à celles que l'on trouve habituellement dans les milieux vivants. La matrice extracellulaire (MEC) offre un environnement encombré pour de nombreux proce...
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| Autor principal: | |
|---|---|
| Altres autors: | , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Idioma: | Anglais |
| Publicat: |
2026.
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| Matèries: | |
| Accés en línia: | Accès Université d'Orléans et IFPM |
| Nota: |
Thèse soutenue en co-tutelle Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Centre de biophysique moléculaire (Orléans ; 1967-....) (Laboratoire), Università degli studi (Florence, Italie). Dipartimento di fisica e astronomia (Département) Autre(s) contribution(s) : Angelo Rosa (Président du jury) ; Eva Pluhařová (Membre(s) du jury) ; Robert Hołyst, Giuseppe Foffi (Rapporteur(s)) Thèse sous embargo actif |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Diffusion et réactions enzymatiques dans des solutions encombrées :, approches de la physique statistique |
| LEADER | 08197nam a22004817a 4500 | ||
|---|---|---|---|
| 001 | 1480251 | ||
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| 041 | 0 | |a eng |b fre |b eng | |
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| 100 | 1 | |a Migliorini, Giuliano, |d 19..- | |
| 240 | 1 | 0 | |a Diffusion et réactions enzymatiques dans des solutions encombrées : |b approches de la physique statistique |
| 245 | 1 | 0 | |a Diffusion and enzymatic reactions in crowded solutions : |b statistical physics approaches |c Giuliano Migliorini ; sous la direction de Josef Hamacek et de Francesco Piazza. |
| 256 | |a Données textuelles | ||
| 260 | |c 2026. | ||
| 500 | |a Thèse soutenue en co-tutelle | ||
| 500 | |a Titre provenant de l'écran-titre | ||
| 500 | |a Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....) | ||
| 500 | |a Partenaire(s) de recherche : Centre de biophysique moléculaire (Orléans ; 1967-....) (Laboratoire), Università degli studi (Florence, Italie). Dipartimento di fisica e astronomia (Département) | ||
| 500 | |a Autre(s) contribution(s) : Angelo Rosa (Président du jury) ; Eva Pluhařová (Membre(s) du jury) ; Robert Hołyst, Giuseppe Foffi (Rapporteur(s)) | ||
| 500 | |a Thèse sous embargo actif | ||
| 502 | |a Thèse de doctorat. Physique. Orléans. 2026 | ||
| 502 | |a Thèse de doctorat. Physique. Università degli Studi di Firenze. 2026 | ||
| 506 | |a Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 17 janvier 2027 | ||
| 520 | |a Les réactions biochimiques sont généralement étudiées dans des conditions diluées, avec des concentrations macromoléculaires bien inférieures à celles que l'on trouve habituellement dans les milieux vivants. La matrice extracellulaire (MEC) offre un environnement encombré pour de nombreux processus biochimiques, notamment pour les réactions de remodelage enzymatique. Cette thèse s'inscrit dans le cadre de X-CROWD, un projet de quatre ans financé par l'ANR, qui étudie l'impact de l'encombrement macromoléculaire sur l'activité enzymatique au sein de la MEC, en utilisant des polymères en solution pour imiter les conditions d'encombrement de façon contrôlée. Le dextrane, un polysaccharide ramifié, sert donc d'agent d'encombrement. Des expériences rhéologiques et d'autodiffusion révèlent que les solutions de dextrane présentent des propriétés invariantes d'échelle, régies par le degré de polymérisation et de ramification. D'autres quantités, telles que la diffusivité des molécules d'eau, ne montrent aucune dépendance à la taille du dextrane. La modélisation des polymères en tant qu'agents d'encombrement nécessite de tenir compte de leur complexité et met en garde contre l'utilisation imprudente de modèles de sphères dures. Enfin, l'impact de l'encombrement induit par le dextrane sur les réactions enzymatiques est analysé à l'aide d'expériences de fluorescence. À cette fin, une théorie de l'émission fluorescente à partir de mélanges complexes non idéaux est développée. Cela nous permet de suivre les réactions impliquant des enzymes clés de la MEC à des concentrations élevées pendant de longues périodes, dans le but d'atteindre l'état asymptotique. Il a été constaté que la présence de dextrane augmente la dégradation d'un peptide par l'élastase, de sorte que la constante d'équilibre de la réaction satisfait aux mêmes propriétés d'échelle que celles présentées par les coefficients de transport du dextrane. Le résultat suggère que la taille et la topologie des polymères peuvent être utilisées comme paramètres ajustables pour rationaliser les effets d'encombrement, en distinguant ceux qui se produisent à l'échelle macromoléculaire de ceux qui proviennent des interactions solvant-monomère. Cependant, l'étude de l'activité d'une métalloprotéase matricielle dans les mêmes conditions d'encombrement ne révèle pas le même comportement. L'interprétation systématique des effets d'encombrement nécessite de considerer les détails du mécanisme enzymatique. Cette thèse contribue à la recherche sur l'encombrement macromoléculaire et sur les propriétés des solutions biologiques complexes, par le développement de protocoles spectrophotométriques fiables pour les essais cinétiques enzymatiques en conditions encombrées, ainsi que par l'observation que taille et topologie des polymères peuvent aider à rationaliser les effets de l'encombrement. | ||
| 520 | |a Biochemical reactions are usually characterized in dilute conditions, with macromolecular concentrations far lower than those typically found in living media. The extracellular matrix (ECM) provides a crowded environment for many biochemical processes, including enzymatic remodelling reactions. The kinetics and steady states of biochemical reactions can be modulated in hard to predict ways. This thesis is part of X-CROWD, a 4-year ANR-funded initiative, investigating how macromolecular crowding impacts enzymatic activity within the ECM. Being direct experimental and theoretical characterization of such complex environments challenging, X-CROWD employs controlled polymer solutions to mimic varying crowding conditions, from dilute to concentrated regimes. Dextran, a branched polysaccharide, serves as a model crowder. Rheological and self-diffusion experiments reveal that dextran exhibit scaling-invariant properties governed by degree of polymerization and branching of these polymers. Other quantities, such as the diffusivity of water molecules, do not show any dependence on the size of dextran. Modelling polymers as crowding agents requires accounting for their complexity and warns against the incautious use of hard spheres models. Finally, the impact of dextran-induced crowding on enzymatic reactions is analysed through fluorometric assays. For this purpose, a theory of fluorescent emission from complex non-ideal mixtures is developed. This allows us to track reactions involving key ECM enzymes at high concentrations for long times, aiming at the asymptotic state. The presence of dextran is found to increase the degradation of a peptide by elastase, so that the equilibrium constant of the reaction satisfies the same scaling properties shown by dextran transport coefficients. The result suggests that size and topology of polymers may be used as tuneable parameters to rationalize crowding effects, discriminating between those arising at the macromolecular scale and those originating from the solvent-monomer interactions. However, investigating the activity of a matrix metalloprotease in the same crowding conditions does not reveal the same behaviour. The systematic interpretation of crowding effects requires combining the careful characterization of the crowded medium with the details of the enzymatic mechanism. This thesis contributes to the research into macromolecular crowding and the properties of complex biological solutions with the development of reliable spectrophotometric protocols for enzymatic kinetic assays in crowded conditions and with the observation that polymer size and architecture can help rationalizing crowding effects. | ||
| 538 | |a Configuration requise : un logiciel capable de lire un fichier au format : PDF | ||
| 650 | |a Cinétique enzymatique | ||
| 650 | |a Polymères ramifiés |x Propriétés physico-chimiques | ||
| 650 | |a Spectroscopie de fluorescence | ||
| 650 | |a Matrice extracellulaire | ||
| 650 | |a Enzymes |x Analyse | ||
| 650 | |a Thèses et écrits académiques | ||
| 700 | 1 | |a Hamacek, Josef, |d 19..- |4 ths | |
| 700 | 1 | |a Piazza, Francesco, |d 1970- |4 ths | |
| 700 | 1 | |a Rosa, Angelo. | |
| 700 | 1 | |a Hołyst, Robert, |d 1963- | |
| 700 | 1 | |a Foffi, Giuseppe. | |
| 700 | 1 | |a Pluhařová, Eva, |d 19..-...., |c chercheuse en chimie computationnelle. |4 opn | |
| 710 | 2 | |a Université d'Orléans. |4 dgg | |
| 856 | |5 452349901:896233383 |a Accès Université d Orléans |u https://ezproxy.univ-orleans.fr/login?qurl=https%3A//www.theses.fr/2026ORLE1010 | ||
| 997 | |0 1480251 |1 Thèse numérique |a Ressource numérique |b INSA |b ENSA |c 0/Bibliothèque numérique/ |c 1/Bibliothèque numérique/Autre ressource numérique/ | ||