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Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON (17/09/2004), Lyndon Emsley (Dir.)
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DUMA_011006.pdf(3.8 MB)
Amélioration de résolution dans la résonance magnétique multidimensionnelle des protéines
Luminita Duma1

Le travail présenté dans cette thèse a consisté à développer de nouvelles techniques pour la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) du liquide et du solide. La majeure partie de ce projet est consacrée à l'étude des composés solides isotopiquement enrichis en carbone-13 dans le but de proposer de nouvelles techniques pour augmenter la résolution spectrale des expériences fréquemment utilisées pour l'étude des protéines. Dans les composés biologiques uniformément enrichis en 13C, la présence du couplage scalaire (J) entre les noyaux de carbone induit un élargissement des raies carbone. Cette étude montre que la résolution des spectres carbone peut être significativement augmentée si la contribution du couplage scalaire à la largeur des raies est éliminée à l'aide de la technique sélective appelée IPAP.

Un deuxième volet est consacré à la présentation de deux techniques pour la spectroscopie par RMN du liquide. Ces expériences sont basées sur la détection directe du carbone et permettent d'identifier chaque type d'acide aminé de chaîne peptidique. Elles sont particulièrement intéressantes pour l'étude de systèmes biologiques de grande taille ou comportant un centre paramagnétique.

Le dernier chapitre de cette thèse, de nouveau consacré à la RMN du solide, détaille l'étude théorique de la modulation induite par le couplage scalaire entre deux noyaux de carbone dans une expérience d'écho de spin. Les régimes permettant d'obtenir une modulation précisément égale à la valeur du couplage scalaire y sont exposés. Des simulations numériques d'une part, et des résultats expérimentaux obtenus sur trois systèmes représentatifs contenant des paires de 13C scalairement couplées d'autre part, appuient l'analyse théorique et montrent que la modulation d'écho de spin est stabilisée par l'anisotropie de déplacement chimique et l'interaction dipolaire.
1:  LC - Laboratoire de Chimie
RMN – rotation à l'angle magique – formes de raie – techniques sélectives – détection directe du carbone – modulation de l'écho de spin

Resolution Improvement in Multidimensional Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy of Proteins
The work presented in this thesis is concerned with both liquid-state and solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Most of this work is devoted to the investigation by solid-state NMR of 13C-enriched compounds with the principal aim of presenting techniques devised for further improving the spectral resolution in multidimensional NMR of microcrystalline proteins. In fully 13C-labelled compounds, the J-coupling induces a broadening of the carbon lineshapes. We show that spin-state-selective technique called IPAP can be successfully combined with standard polarisation transfer schemes in order to remove the J-broadening in multidimensional solid-state NMR correlation experiments of fully 13C-enriched proteins.

We present subsequently two techniques tailored for liquid-state NMR spectroscopy. The carbon directly detected techniques provide chemical shift information for all backbone heteronuclei. They are very attracting for the study of large biomolecular systems or for the investigation of paramagnetic proteins.

In the last part of this thesis, we study the spin-echo J-modulation for homonuclear two-spin ½ systems. Under magic-angle spinning, the theory of J-induced spin-echo modulation allows to derive a set of modulation regimes which give a spin-echo modulation exactly equal to the J-coupling. We show that the chemical-shift anisotropy and the dipolar interaction tend to stabilise the spin-echo J-modulation. The theoretical conclusions are supported by numerical simulations and experimental results obtained for three representative samples containing 13C spin pairs.
NMR – magic-angle spinning – lineshapes – spin-state-selective techniques – direct 13C detection – spin-echo modulation

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