a) Analyse énergétique du profil

La surface d'énergie potentielle décrivant contraintes est représentée sur la

Figure 39: Surface d'énergie potentielle obtenue pour le système x représente la contrainte CR1 et l'axe y

horizontal, les cercles blancs

centre) et les produits de la réaction (en haut à droite). Le cercle rouge représente intermédiaire

Le profil présente un minimum global

négatives, ce qui correspond bien à un état où les atomes ne sont pas transférés réactifs. Cet état est en totale cohérence avec les structures échantillonnées lors de sans contraintes. Nous retrouvons

pendant un temps de simulation relativement important. Ce point qui est celui de plus basse énergie sur toute la surface de potentiel est considéré comme la référence des énergies.

Un point selle, qui peut être considéré en première approximation comme un état de transition, est également caractérisé sur cette surface. L’énergie nécessaire pour atteindre ce point est de 17 kcal/mol. Il est

d'hydrure et de proton valant CR1 = 0,0

Chapitre 2 : Etude de la réactivité de DFR

final, en tenant compte des évolutions des deux contraintes, 330 fenêtres ont été considérées, à un temps total de simulation de 11,55ns.

Substrat n°1 : DHQ (dihydroquercétine)

Analyse énergétique du profil

La surface d'énergie potentielle décrivant l’énergie du système en fonction des deux est représentée sur la Figure 39.

: Surface d'énergie potentielle obtenue pour le système DFR-NADPH

la contrainte CR1 et l'axe y CR2. A droite, sur la projection sur le plan es cercles blancs désignent les réactifs (en bas à droite), l'état de transition (au centre) et les produits de la réaction (en haut à droite). Le cercle rouge représente

intermédiaire lié au rapprochement NADPH-DHQ.

Le profil présente un minimum global d'énergie pour des valeurs de CR1 et CR2 négatives, ce qui correspond bien à un état où les atomes ne sont pas transférés

Cet état est en totale cohérence avec les structures échantillonnées lors de ouvons en effet les caractéristiques d’un système pré

pendant un temps de simulation relativement important. Ce point qui est celui de plus basse énergie sur toute la surface de potentiel est considéré comme la référence des énergies.

oint selle, qui peut être considéré en première approximation comme un état de est également caractérisé sur cette surface. L’énergie nécessaire pour atteindre ce

est situé pour des valeurs des contraintes représent valant CR1 = 0,0 Å et CR2 = 0,30 Å.

final, en tenant compte des évolutions des deux contraintes, 330 fenêtres ont été considérées,

l’énergie du système en fonction des deux

NADPH-DHQ. L'axe , sur la projection sur le plan désignent les réactifs (en bas à droite), l'état de transition (au centre) et les produits de la réaction (en haut à droite). Le cercle rouge représente un état

pour des valeurs de CR1 et CR2 négatives, ce qui correspond bien à un état où les atomes ne sont pas transférés, c'est à dire les Cet état est en totale cohérence avec les structures échantillonnées lors de simulations en effet les caractéristiques d’un système pré-réactif, stable pendant un temps de simulation relativement important. Ce point qui est celui de plus basse énergie sur toute la surface de potentiel est considéré comme la référence des énergies.

oint selle, qui peut être considéré en première approximation comme un état de est également caractérisé sur cette surface. L’énergie nécessaire pour atteindre ce représentant les transferts

Enfin, un état stable, correspondant à la fin des transferts d’hydrure et de proton, est également caractérisé sur cette surface d’énergie, aux coordonnées CR1 =0,90

=1,20 Å. Cette structure correspond à un état où les transferts de protons non contraints, i.e. du fragment ose vers la tyrosine et de la lysine vers le fragment ose, sont également effectifs. Une nouvelle fois, les caractéristiques structurales de cet état

nous avons pu échantillonner

produits (voir chapitre 3). Ce point est associé à une énergie de 8,11kcal/mol plus haute que celle des réactifs. Cette valeur ne doit

lysine n’est pas effectuée.

Enfin, nous pouvons noter, à nouveau, la présence d'un état intermédiaire métastable aux coordonnées [-0,45;-0,75], à une valeur d'énergie de 6 kcal/mol.

tard. Le chemin réactionnel associé à la réaction enzymatique le chemin de moindre pente. Ce profil est représenté sur la

Figure 40 : Chemin réactionnel suivi par le mécanisme enzymatique. correspond à la position de l'état de transition.

Cette vue permet de bien nous rendre compte de l'implication de chaque fonction de l'avancée de la réaction.

chemin suivi est fonction d’une des coordonnées, indépendamment de l’autre selon trois phases. La première étape, associée au rapprochement des entités réactives, ne fait intervenir que la coordonnée liée au transfert

période, la contrainte représentant le transfert de proton n'est pas impliqué plus basse énergie et reste à une valeur de

Chapitre 2 : Etude de la réactivité de DFR

Enfin, un état stable, correspondant à la fin des transferts d’hydrure et de proton, est également caractérisé sur cette surface d’énergie, aux coordonnées CR1 =0,90

Å. Cette structure correspond à un état où les transferts de protons non contraints, i.e. du fragment ose vers la tyrosine et de la lysine vers le fragment ose, sont également effectifs. Une nouvelle fois, les caractéristiques structurales de cet état sont cohérentes avec celles q nous avons pu échantillonner lors de simulations sans contraintes sur le complexe enzyme

. Ce point est associé à une énergie de 8,11kcal/mol plus haute que celle des réactifs. Cette valeur ne doit pas être choquante car ici encore, la régénération de la

ous pouvons noter, à nouveau, la présence d'un état intermédiaire métastable aux 0,75], à une valeur d'énergie de 6 kcal/mol. Ce point sera dis

e chemin réactionnel associé à la réaction enzymatique peut être représenté . Ce profil est représenté sur la Figure 40.

Chemin réactionnel suivi par le mécanisme enzymatique. Le point rouge correspond à la position de l'état de transition.

Cette vue permet de bien nous rendre compte de l'implication de chaque

fonction de l'avancée de la réaction. En première approximation, il peut être considéré que le chemin suivi est fonction d’une des coordonnées, indépendamment de l’autre selon trois La première étape, associée au rapprochement des entités réactives, ne fait intervenir

nsfert d'hydrure, de CR1 ≈ -1,8 Å à CR1 ≈ -0,1 représentant le transfert de proton n'est pas impliquée

basse énergie et reste à une valeur de -0,60 Å environ. A partir d’une valeur de la

Chapitre 2 : Etude de la réactivité de DFR

107 Enfin, un état stable, correspondant à la fin des transferts d’hydrure et de proton, est également caractérisé sur cette surface d’énergie, aux coordonnées CR1 =0,90 Å et CR2 Å. Cette structure correspond à un état où les transferts de protons non contraints, i.e. du fragment ose vers la tyrosine et de la lysine vers le fragment ose, sont également effectifs. sont cohérentes avec celles que sur le complexe enzyme- . Ce point est associé à une énergie de 8,11kcal/mol plus haute que

pas être choquante car ici encore, la régénération de la

ous pouvons noter, à nouveau, la présence d'un état intermédiaire métastable aux Ce point sera discuté plus peut être représenté en suivant

Le point rouge

Cette vue permet de bien nous rendre compte de l'implication de chaque contrainte en approximation, il peut être considéré que le chemin suivi est fonction d’une des coordonnées, indépendamment de l’autre selon trois La première étape, associée au rapprochement des entités réactives, ne fait intervenir 0,15 Å. Durant cette e dans le chemin de 0,60 Å environ. A partir d’une valeur de la

Chapitre 2 : Etude de la réactivité de DFR

contrainte CR1≈ 0 Å, c'est à dire lorsque le transfert d'hydrure est réalisé à moitié, le chemin réactionnel suit alors quasiment exclusivement la coordonnée liée au transfert de proton entre les valeurs CR2 ≈ -0,75 Å et CR2 ≈ 0,75 Å. Dans cette partie, le chemin suivi reste à une valeur de CR1 ≈ 0 Å. Le long de ce transfert de proton, un point selle, que l’on peut considérer comme un état de transition en première approximation, est atteint dans la fenêtre correspondant à [CR1 = 0,00; CR2 = 0,30]. Alors que cet état de transition correspond à une structure où l’hydrure est à équidistance entre carbone donneur et carbone accepteur (CNADPH – H = 1,4 Å ; H-CDHQ = 1,4 Å) il apparaît tardif par rapport à la deuxième contrainte (OTYR – H = 1,45 Å ; H-ODHQ = 1,15 Å). Une fois ce point selle franchi, le chemin suit encore la coordonnée du transfert de proton, jusqu'à une valeur de CR2 = 0,75 Å. A ce point, la descente vers les produits de la réaction (à la position [0,90;0,90]) suit plus particulièrement la contrainte représentant le transfert d'hydrure qui sera complet à la fin du chemin.

L'énergie libre de Gibbs associée à la réaction est positive (+ 8 kcal/mol) mais comme dans le cas des calculs impliquant une seule dimension, l'enzyme n'est pas dans son véritable état final (K162 déprotonée). Comme précédemment, on peut ajuster l'énergie des produits de la réaction en soustrayant 12 kcal/mol, ce qui donne un ∆G de réaction de -4 kcal/mol.

La comparaison entre les profils 1D et 2D nous démontre ainsi que la prise en compte d'une seule coordonnée de réaction est réellement insuffisante pour modéliser de manière correcte la réaction enzymatique. En effet, seul le transfert d’hydrure était contraint, le transfert de proton se faisait de manière opportuniste, i.e. lorsqu’étaient échantillonnées des structures pour lesquelles le transfert d’hydrure était au-delà du mi-transfert et pour lesquelles le transfert du proton était possible. Cette partie, modélisée par une contrainte adaptée CR2, est alors associée à une énergie qui n’était pas présente lors des simulations à une seule contrainte. Cependant, nous pouvons noter que les portions du chemin correspondant uniquement à une évolution de la coordonnée de l'hydrure sont bien représentées par le profil 1D, notamment au niveau de la barrière de rapprochement des réactifs qui présente la même valeur énergétique entre les deux types de calculs. Ce rapprochement des entités réactives mène à la formation d'un complexe pré-réactif appelé NAC (Near-attack conformer) dont il sera question plus tard.

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