211 - Nouvelles avancées théoriques et numériques en chimie et en biochimie

Structure et interactions des protéines, session 1

• 08 h 40
  Mot de bienvenue
• 08 h 45
  Champs de forces atomiques et gros grains d'ARN et protéines : des molécules uniques, systèmes de grande taille à la formation des fibres amyloides (maladie d'Alzheimer).
  Philippe Derreumaux

  Prédire la structure 3D des protéines soluble et ARN à large échelle est un défi pour la biologie. Prédire les propriétés thermodynamiques et structurales à partir de la séquence est un autre défi sans le super-ordinateur Anton et avec très peu de cœurs de calcul. Comprendre les effets hydrodynamiques et de l'encombrement macromoléculaire sur le repliement et la stabilité des protéines a de nombreuses implications sur le fonctionnement de la cellule. Enfin de façon remarquable, des mutations dans le peptide beta-amyloïde accélère ou protège contre la maladie d'Alzheimer. Dans cet exposé, je présenterai ce que les simulations tout-atome ou gros grains peuvent nous dire sur ces questions.

• 09 h 20
  Dynamique d'un modèle de protéine immergée dans un solvant implicite
  Hanif BAYAT (University of Toronto), Jeremy Schofield (University of Toronto), Ramses VAN ZON (University of Toronto)

  Un modèle simple de protéine immergée dans un solvant implicite est analysé. Dans le modèle, les monomères interagissent par des potentiels discontinus dont la forme simple permet l'identification de la structure. Il est supposé que les interactions rapides de monomère-solvant fournissent un frottement suffisant pour que le mouvement des monomères obéisse à l'équation de Smoluchowski. Il est démontré par simulation que la vitesse des transitions entre les configurations de la chaîne est bien décrite par la solution de temps moyen de premier passage. En intégrant les vitesses de transition entre les configurations dans un modèle de Markov de la relaxation de la chaîne, le processus d'équilibrage d'un ensemble de configurations dépliées à un ensemble de configuration repliées est étudié en fonction de la température pour différentes longueurs de chaîne.
  

• 09 h 55
  Propriétés statistiques de la distribution des multiplets d'acides aminés dans les protéines
  , Chunhang GONG (Université Laurentienne)

  Les multiplets d'acides aminés sont pertinants à plusieurs phénomènes biophysiques. On connaît que les homomultiplets contribuent au pliement incorrect des protéines et aux désordres génétiques, tandis que les hétéromultiplets jouent un rôle dans la catalyse. Par contre, l'information quantitative sur ces multiplets nous manque; leur fréquence et distribution ne sont pas bien connues en fonction de la longueur et la structure secondaire des protéines. Ici, nous présentons des résults récents sur les propriétés statistiques de la distribution de homo- et hétéromultiplets courts. À partir de la Protein Data Bank (PDB), nous comparons la distribution expérimentale avec une distribution aléatoire de paires d'acides aminés. Nous observons un nombre d'asymétries que dépendent de la polarité des résidues, de leur position globale dans la chaîne, dans les hélices-a, les filaments et boucles-b. Aussi, on trouve que la distribution des multiplets est différente pour les protéines avec moins de ca. 200 monomères, ceci que corrélationne avec un changements dans les lois d'échelle pour le rayon de gravité. De plus, on observe une dépendence avec l'orientation, en trouvant que la distribution des multiplets chez la première moitié de la chaîne (à partir du terminus-N) est distincte de la deuxième moitié. Ces résultats permettent de comprendre mieux ce que constitue une séquence primaire ‘naturelle', lequel est utile pour améliorer nos techniques de modélisation des protéines.

• 10 h 30
  Pause

Propriétés électroniques et moléculaires, session 1

• 11 h 00
  Développements de la méthode Density Functional Tight Binding pour la simulation moléculaire
  Jerome Cuny (Université Paul Sabatier - Toulouse III), Léo DONTOT (CNRS - Universié de Toulouse (UPS)), Christophe IFTNER (CNRS - Universié de Toulouse (UPS)), Kseniia KORCHAGINA (CNRS - Universié de Toulouse (UPS)), Luis LOPES OLIVEIRA (CNRS - Universié de Toulouse (UPS)), Mathias RAPACIOLI (CNRS - Universié de Toulouse (UPS)), Anthony SCEMAMA (CNRS - Universié de Toulouse (UPS)), Fernand SPIEGELMAN, Aude Simon (CNRS & Université de Toulouse)

  Nous présenterons diverses extensions de la méthode Density Functional Tight Binding (DFTB) ainsi que ses combinaisons avec des algorithmes de simulation intensive, notamment les progrès algorithmiques pour traiter les grands systèmes, l' utilisations de la DFTB dans des simulations nécessitant un grand nombre de calcul de l'énergie et/ou des forces, la combinaison de la méthode DFTB avec la dynamique quantique PIMD (intégrales de chemins), des approches vers le calcul des états excités. Les applications porteront sur la simulation de propriétés d'agrégats et complexes moléculaires (eau, systèmes carbonés homogènes et hétérogènes d'intérêt astrophysique ou atmosphérique, métaux nobles): changements conformationels induits par la température (spectroscopie IR, propriétés thermodynamiques à température finie), localisation de charge et spectroscopie électronique d'agrégats de PAH ionisés, spectroscopie moléculaire IR dans des agrégats et matrices cryogéniques.

  Références: L. Dontot, M. Rapacioli, A. Simon et F. Spiegelman, Phys. Status Solidi, 249, 245 (2012); A Simon et F. Spiegelman, J. Chem. Phys. 138, 194309 (2013). A. Simon et F. Spiegelman, Comp. Theoret. Chem., 1021, 54 (2013). A. Scemama, N. Renon et M. Rapacioli, J. Chem. Theo. Comp., soumis (2014). C. Iftner, A. Simon, K. Korchagina, M. Rapacioli et F. Spiegelman, J. Chem. Phys. 140, 034301 (2014).

• 11 h 35
  Dynamique moléculaire quantique de systèmes complexes
  Pierre-Nicholas Roy (University of Waterloo)

  Nous discuterons de méthodes théoriques qui permettent l'étude de la dynamique moléculaire quantique de systèmes complexes. Parmi ces systèmes figurent les agrégats superfluides et les molécules confinées dans des nano-cavitées. Les méthodes d'intégrales de chemin permettent de simuler ce type de systèmes de façon très efficace et précise en tenant compte d'effets quantiques statistiques tels l'échange de bosons identiques. Les effets d'échange sont essentiel pour décrire des phénomènes comme la superfluidité. Nous démontrerons que la réponse superfluide d'un solvant quantique aux rotations d'un soluté moléculaire permet l'interprétation de spectres infrarouges et microondes. Nous discuterons des défis associés à la description des toupies rigides non-symétriques. Des résultats de simulations d'agrégats de para-hydrogène contenant des molécules non-linéaires seront présentés et l'idée d'une sonde véritable de la superfluidité microscopique sera élaborée. Nous conclurons avec la présentation des défis futurs associés à la description de molécules poly-atomiques flexibles comme les sucres et les agrégats de molécules pouvant former des liaisons hydrogènes.

  Références: H. Li, R. J. Le Roy, P.-N. Roy, A.R.W. McKellar, Phys. Rev. Lett. 105, 133401 (2010). P. L. Raston, W. Jaeger, H. Li, R. J. Le Roy, P.-N. Roy Phys. Rev. Lett. 108, 253402 (2012). T. Zeng, H. Li, P.-N. Roy, J. Phys. Chem. Lett. 4, 18 (2013). T. Zeng, G. Guillon, J. T. Cantin, P.-N. Roy, J. Phys. Chem. Lett. 4, 239 (2013).

• 12 h 10
  Dîner

Modélisation de systèmes à grande échelle 

• 13 h 50
  Ajustement par moindres carrés d'une fonction générique à des surfaces de potentiel à plusieurs dimensions
  René Fournier (York University), Slava OREL (York University)

  Nous avons développé une méthode pour ajuster, de façon automatique, une fonction universelle à des surfaces de potentiel pour des systèmes ayant jusqu'à plusieurs dizaines d'atomes. La fonction consiste en une somme d'énergies de cohésion atomiques dépendantes de l'environnement chimique. L'usager n'a besoin de définir aucun des termes de cette fonction. La méthlode fonctionne pour les systèmes où les interactions ioniques sont assez faibles. Autrement, il n'y a pas de contraintes sur le type de système qu'on peut traiter. Nos tests montrent que le coût pour évaluer la fonction est 3 à 5 ordres de grandeur moindre que le coût d'un calcul par fonctionnelle de la densité. Nous obtenons une précision de 1 à 3% sur les énergies de cohésion avec des ensembles de données très réduits (240 à 1400 configurations). Ce niveau de précision est suffisant pour filtrer les configurations de basse énergie dans un calcul d'optimisation globale. On peut améliorer la précision de façon systématique en augmentant le nombre de configurations dans l'ensemble de données de référence. Notre méthode sera surtout utile pour échantilloner les configurations et accélérer les simulations Monte Carlo basées sur des surfaces de potentiel calculées par la fonctionnelle de la densité.

• 14 h 25
  Nouvelles perspectives dans la compréhension de phases liquides cristallines
  Etienne LEVERT (UdeS - Université de Sherbrooke), François PORZIO (UdeS - Université de Sherbrooke), Armand Soldera (UdeS - Université de Sherbrooke)

  Outre les applications technologiques des cristaux liquides, cet état particulier de la matière offre un cadre d'étude intéressant pour mieux appréhender le lien entre le microscopique et le macroscopique. Un simple changement structural peut en effet affecter grandement le comportement macroscopique, en particulier le polymorphisme liquide cristallin. Le cas des isomères répondant à cette définition suscite davantage d'intérêt, en particulier du point de vue de la simulation moléculaire. Le même champ de forces est utilisé pour traiter les interactions au sein de ces molécules. De ce fait, tout changement observé dans les données de simulation est directement relié à des différences de caractéristiques moléculaires qui peuvent être interprétées en termes de différences de propriétés macroscopiques. Toutefois, il est primordial que le système d'étude soit représentatif des cristaux liquides. En ce sens, la simulation atomistique n'est pas forcément la plus appropriée car il y est plus difficile de révéler les interactions à longue portée qui sont caractéristiques de tels systèmes. En contrepartie, elle est la seule méthode qui puisse rendre compte des changements structuraux propres à différencier les isomères. Un protocole de simulation doit donc être établi. Il a par la suite été appliqué au cas de l'étude de la stabilité thermique de la phase smectique C. Il en ressort que le potentiel coulombien y joue un rôle important. Ces résultats sont corroborés par des données expérimentales.

• 15 h 00
  Modélisation multiéchelle de réactions chimiques dans des milieux complexes
  Dennis Salahub (University of Calgary)

  Un rapport de progrès vers la modélisation multi-échelles de réactions chimiques dans des milieux complexes sera présenté. Selon le progrès des différents projets, on traitera le processus de transcription, la génération de l'ARN-méssager, par l'enzyme ARN-polymérase, d'une part, et le transfert d'électrons entre protéines, d'autre part. On mettra au foyer la façon de faire fonctionner plusieurs méthodologies dans une approche systémique: chimie quantique (théorie de la fonctionelle de la densité et méthodes semi-empiriques), dynamique moléculaire, méthodes QM/MM, Monte Carlo cinétique, méthodes de la dynamique nonadiabatique, théorie de la décohérence, jouent des rôles importants dans notre approche.

Session d'affiches

• Fonctionnalisation de verres moléculaires : les effets sur la température de transition vitreuse
  Guillaume De Grandpre (UdeS - Université de Sherbrooke), Olivier LEBEL (Collège militaire royal du Canada), Christian PELLERIN (UdeM - Université de Montréal), Armand SOLDERA (UdeS - Université de Sherbrooke)

  Les verres moléculaires constituent une classe de matériaux particuliers qui combinent les avantages que procurent les petites molécules organiques et un potentiel à former des phases vitreuses. Étant donné leur relative nouveauté, le développement de nouveaux verres moléculaires est fortement basé sur des méthodes d'essais et erreurs. Pour y remédier, une compréhension plus accrue des comportements microscopiques qui gouvernent les tendances qu'un système peut avoir à former des états vitreux, est visée. Ainsi, le comportement vitreux de nouvelles molécules pourra être prédit et identifié avant leur synthèse. La simulation atomistique devient alors un outil de choix pour mieux appréhender les phénomènes microscopiques à l'origine de la formation d'un verre. Pour ce faire, une série de verres moléculaires fonctionnalisés dérivés de la triazine, déjà synthétisés et caractérisés, est utilisée comme modèle de simulation. Avant tout calcul, le système d'étude doit cependant être adéquatement préparé. Ce protocole de simulation consiste à établir l'équilibre mécanique et à préserver l'isotropie du système. Les calculs des températures de transition vitreuse désormais peuvent se faire. Les valeurs obtenues montrent une très bonne corrélation linéaire avec les données expérimentales. Il devient donc possible d'étudier les raisons microscopiques (dynamique locale, interactions …) qui sont sous-jacentes à la formation de tels verres.

• Quelle est la température de transition vitreuse du polynorbornène vinylique?
  Jérôme CLAVERIE (UQAM - Université du Québec à Montréal), François Godey (UdeS - Université de Sherbrooke), Armand SOLDERA (UdeS - Université de Sherbrooke)

  Le polynorbornène fonctionnalisé est employé dans de nombreuses applications [A.P. Sokolov, V.N. Novikivet B. Strube, Phys. Rev; B,1997, 56, 5042; D. Richter, B. Frick et B. Farago, Phys. Rev Lett,1988, 61, 2465]. Il présente notamment un potentiel intéressant d'utilisation au sein des piles à combustible. Cet intérêt lui vient de ses propriétés physiques très intéressantes. Il possède notamment une température de transition vitreuse (T_g) très élevée. Cependant, la détermination expérimentale de cette température est difficile du fait de complications lors de la mise en forme de l'échantillon. Il ressort donc que la T_g expérimentale n'est pas déterminée de manière précise.

  Pour pallier ce problème, nous avons opté pour une approche calculatoire basée sur des simulations au niveau atomistique. Nous avons alors déterminé la T_g du polynorbornène grâce à des études dilatométrique simulées [A. Soldera, Molecular simulation, 2012, 38, 762]. Il a alors pu être possible de déterminer l'influence de la tacticité et de la vitesse de refroidissement sur la valeur de la T_g. Cette étude va permettre de fonctionnaliser le polynorbornène et de voir l'influence des groupements sur la valeur de la T_g.

• Une étude de la complexation de l'oxazaborolidine chiral et du borane avec des cétones prochirales par la chimie quantique
  Philippe Archambault (Université Concordia), Heidi MUCHALL (Université Concordia)

  Certains aspects de l'énantiosélectivité en chimie organique restent à être explorés de façon théorique et numérique. La réduction de cétones par le borane catalysée par un catalyseur de Corey-Bakshi-Shibata (CBS) chiral est une réaction énantiosélective bien établie expérimentalement qui constitue un bon point de départ pour l'investigation de complexes d'oxazaborolidine et de borane avec une cétone prochirale. Bien que des calculs de chimie quantique aient déjà été rapportés pour cette réaction, l'origine de la sélectivité demeure inexpliquée.

  Nous rapportons, en variant les substituants du composé catalytique et en évaluant la complexation de différentes cétones, une étude systématique des interactions faibles qui pourraient influencer ce type de réaction tout en prenant un intérêt particulier aux états de transition qui font preuve de plus divers complexation qu'on ne le pensait initialement. Il est bien établi que la densité électronique fournit des informations cruciales sur les interactions faibles entre petites molécules organiques jusqu'aux systèmes biologiques, et son étude détaillée va fournir de précieux renseignements sur les mécanismes réactionnels et l'origine de l'énantiosélectivité dans ces réactions.

• Transition du discret vers le continu : la clé serait-elle au niveau mésoscopique?
  Serge LACELLE (UdeS - Université de Sherbrooke), Etienne Levert (UdeS - Université de Sherbrooke), Armand SOLDERA (UdeS - Université de Sherbrooke)

  L'étude de l'échelle mésoscopique montre que plusieurs propriétés de la matière évoluent d'un régime discret à un régime continu. Cette transition s'observe, par exemple, en étudiant les interactions se produisant à deux longueurs d'échelle différentes. Par exemple, il est possible d'imaginer ce type de transition en étudiant l'évolution du concept d'une roue moléculaire sur différentes longueurs d'échelle. Plus la taille de cette augmente moins la granulosité de sa structure fine est en fait perceptible. C'est l'étude de cette transition qui motive les travaux présentés ici. Nous nous intéressons à examiner cette transition pour différents modèles simples dans le but de proposer un modèle plus complexe permettant d'évaluer certaines règles du jeu à l'échelle mésoscopique, pour le design de dispositifs nanotechnologiques. Ultimement, nous comptons proposer des éléments de réponse à la question suivante : est-ce que ce passage du discret au continu influence la taille caractéristique des dispositifs biologiques?

• Validation des prédictions de la théorie de la fonctionnelle de la densité concernant le caractère semi-métallique des nanoparticules de carbone par méthodes multiréférences
  Oleksiy KHAVRYUCHENKO (Université Nationale Taras Shevchenko de Kiev), Gilles Peslherbe (Université Concordia)

  Les propriétés de nanoparticules représentatives des domaines du carbone amorphe et graphitique ont été étudiées par calculs de chimie quantique, utilisant la très populaire théorie de la fonctionelle de la densité (density-functional theory – DFT) ainsi que la théorie du champ auto-consistant multi-références (complete-active space self-consistent field - CASSCF). Ils'avère que le caractère semi-métallique des nanoparticules de carbone prédit par la DFT, c'est-à dire la pseudo-dégénerescence énergetique d'états de spin, est de fait confirmé par les calculs CASSCF, une théorie certes plus rigoureuse mais énormément plus coûteuse au niveau des ressources de calcul, et donc inapplicable à des systèmes plus larges et/ou complexes. Toutefois, ces derniers calculs pouvent que la structure électronique des nanoparticules possède un caractère multi-configurationnel dominé par des configurations de haut spin. La méthode reference-unique DFT décrit parfaitement cette structure électronique caractérisée par la présence de paires d'électrons couplés de façon antiferromagnétique, aux dépens de la contamination de spin. Cette derniére, qui est nomalement considérée comme une marque d'erreur, reflète dans ce cas le caractère semi-métallique et polyradicalaire des nanoparticules et ne réduit en rien le champs d'applicabilité de la DFT, ouvrant la voie à des études théoriques de la catalyse de spin de certaines reactions chimiques par ces particules.

• Mécanisme de conduction ionique sélective dans les canaux sodiques bactériens NaVAb
  Nilu CHAKRABARTI (University of Toronto), Chris ING (University of Toronto), Régis Pomès (The Hospital for Sick Children)

  La perméation sélective des ions à travers les membranes des cellules excitables est à l'origine de la génération et de la régulation des signaux électriques dans tous les organismes vivants. Ainsi, les canaux sodiques dépendant du potentiel (Na_V) sont responsables de l'initiation et de la propagation du potentiel d'action dans les myocytes cardiaques, les neurones et les cellules endocrines. L'élucidation récente de la structure cristalline du canal sodique bactérien Na_VAb ouvre la voie à des études visant à identifier les bases moléculaires de la conduction des ions Na⁺. Nous utilisons des simulations de dynamique moléculaire à grande échelle pour examiner la sélectivité modérée de ces canaux pour le sodium relativement au potassium. L'analyse détaillé de la liaison et du movement de ces ions dans le filtre sélectif du canal sur des échelles de temps de l'ordre de 10-100 microsecondes révèle le rôle de la dynamique des chaînes lattérales de quatre acides glutamiques dans la catalyse du transport des ions. La sélectivité de Na_VAb résulte à la fois de cette flexibilité conformationelle et de la présence simultanée de plusieurs cations Na⁺ dans le filtre sélectif.

Phénomènes de surface

• 16 h 20
  Dynamique d'abstraction de l'hydrogène de surfaces de tungstène
  Heriberto Fabio BUSNENGO (CONICET / UNR), Cédric CRESPOS (Université de Bordeaux), Alejandra GONZALEZ (CONICET /UNR), Pascal Larregaray (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Rémi PETUYA (Université de Bordeaux)

  La compréhension intime des processus élémentaires hétérogènes — adsorption, désorption, recombinaison, …— est un thème majeur de la physico-chimie des surfaces. Nous nous intéressons, en particulier, à la description théorique de la dynamique des collisions, réactives ou non, d'atomes et de molécules diatomiques avec des surfaces métalliques. Nous décrivons ici la réaction d'abstraction, par l'hydrogène atomique, d'atomes d'hydrogène chimisorbés sur les surfaces de tungstène — W(100) et W(110) —, systèmes chimiques pertinents pour la compréhension de l'interaction plasma/paroi dans les technologies de fusion thermonucléaire. Après avoir détaillé la réaction dite de « Eley-Rideal (ER) » — formation de H₂ par abstraction directe d'un adsorbat par un atome de la phase gazeuse —, nous nous pencherons sur les processus dits « d'atomes chauds » — recombinaison après diffusion hyperthermique sur la surface ­— pour lesquels la prise en compte de la couverture en atomes préalablement chimisorbés est nécessaire.

• 16 h 55
  Simulations d'images STM intrusives et dynamiques
  Xavier BOUJU (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Marc-André DUBOIS (École Polytechnique de Montréal), Alain Rochefort (Polytechnique Montréal)

  La microscopie à effet tunnel (STM) est l'une des techniques les plus puissantes pour explorer les propriétés électroniques des surfaces et des espèces adsorbées en montrant des caractéristiques à l'échelle atomique. La production d'images STM par voie numérique nécessite quelques étape au-delà d'un calcul de structure électronique, déjà un problème en O(N3). Résoudre le problème inverse en imagerie STM serait de proposer une structure géométrique du système en analysant seulement les contrastes STM observés. Bien qu'il s'agisse d'un objectif à long terme, les quelques étapes préliminaires que nous avons récemment explorées dans ce sens pourraient offrir un cadre de calcul efficace et intéressant. Dans cette présentation, je vais montrer comment l'imagerie STM peut bénéficier de manière significative de l'ingénierie algorithmique en calcul pour explorer de nouveaux modes d'imagerie où les intrusions physiques et/ou chimiques ainsi que la dynamique de surface sont considérées. Finalement, je donnerais quelques exemples où les calculs informatiques de pointe (CIP) sont utilisés dans l'imagerie de la STM, plus précisément pour l'accélération de la production d'images STM et pour aborder des problèmes de grande taille.

Structure et interactions des protéines, session 2

• 09 h 00
  Développement de modèles semi-empiriques pour la simulation de réactions de transfert de protons
  Guillaume Lamoureux (Université Concordia), Laurent MACKAY (Université Concordia), Shihao WANG (Université Concordia)

  Nous présentons une méthode de paramétrage de modèles semi-empiriques décrivant des réactions de transfert de proton dans des amas de molécules d'eau. Deux nouveaux modèles sont développés: AM1-W, qui est un re-paramétrage du modèle classique AM1, et AM1PG-W, qui est une version modifiée du modèle AM1 incluant une correction à la fonction de répulsion de coeur. Ces deux modèles démontrent une très bonne performance pour les énergies des liaisons hydrogène et pour les profils d'énergie de transfert de proton, qui sont des propriétés de haute importance pour les processus de transfert de proton dans les amas de molécules d'eau en phase gazeuse, et dans des environnements confinés tels que les sites actifs de protéines. La méthode de paramétrage est générale et peut être utilisée pour développer des modèles semi-empiriques adaptés à tout autre système ou classe de réactions.

• 09 h 35
  Caractérisation in silico des interactions entre le récepteur de l'élastine et différents constituants de la matrice extracellulaire
  Nicolas BELLOY (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Sébastien BLAISE (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Stephanie Baud (Université de Reims Champagne-Ardenne), Manuel DAUCHEZ (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Laurent DEBELLE (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Laurent DUCA (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Laurent MARTINY (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Pascal MAURICE (CNRS - Centre national de la recherche scientifique)

  Le récepteur de l'élastine (RE) est un complexe trimérique constitué de l'association de 3 protéines : l'EBP (Elastin Binding Protein), la protéine protectrice cathépsine A et la neuraminidase-1. Ce récepteur hétérodimérique est impliqué dans le métabolisme de divers ligands et présente un mécanisme d'action très spécifique et compliqué mettant en jeu une cascade de processus dans le cadre de l'interaction avec les molécules d'élastine, de tropoélastine ou des peptides issus de leurs dégradations. Ce récepteur de l'élastine participe également activement aux phénomènes de signalisation cellulaire lors de différentes pathologies et de phénomènes tumoraux ou lors des processus associés au vieillissement.

  Actuellement, il n'existe aucune information structurale tridimensionnelle concernant l'EBP ou la neuraminidase-1 humaines. Afin de caractériser, d'un point de vue moléculaire les interactions entre le RE et les peptides issus de la dégradation de la matrice extra cellulaire (aussi appelés matrikines), nous avons dans un premier temps procédé à des alignements multiples ; ces derniers ont permis de proposer une structure de l'EBP (sous unité en interaction avec les matrikines) construite par homologie. Nous avons ensuite utilisé l'amarrage moléculaire (ou docking) qui nous a permis non seulement de mettre en évidence la zone d'interaction entre l'EBP et la matrikine VGVAPG mais aussi de décortiquer les mécanismes moléculaires clés du processus de fixation.

• 10 h 10
  Prédire l'hydratation de systèmes protéines-ligands
  Oleg BORBULEVYCH (QuantumBio Inc), Paul LABUTE (Chemical Computing Group Inc), Jean-François Truchon (Vertex Pharmaceutiques (Canada) Inc.), Lance WESTERHOFF (QuantumBio Inc)

  Idéalement, la conception rationnelle de médicaments peut s'appuyer sur la structure rayon-X de la cible thérapeutique. Dans un tel cas, un ligand biologiquement actif peut être amélioré par l'optimisation des interactions protéine-ligand. Le rôle de l'eau comme agent liant ou déstabilisant est souvent négligé. Or, selon plusieurs études, une majorité de structures rayon-X rapportent au moins une molécule d'eau qui unit le ligand à la protéine et participe directement à la complexation. Il arrive souvent que la résolution crystallographique ne permette pas d'identifier les sites aqueux. Cette présentation décrit une méthode qui permet de prédire l'organisation de l'eau dans les systèmes biologiques et particulièrement son rôle lors de la conception et l'optimisation de nouveaux médicaments. La méthode s'appuie sur la three-dimensional reference interaction site model (3D-RISM) et un traitement par aggrégateurs gaussiens. Plusieurs systèmes seront analysés. Finalement, nous démontrerons que cette approche peut également être utilisée pour tirer davantage d'information de la densité électronique lors de la détermination de structures basée sur les rayons-X.

• 10 h 45
  Pause

Propriétés électroniques et moléculaires, session 2

• 11 h 15
  Interrupteur lumineux et autres propriétés photophysiques : influence de l'ADN
  Xavier Assfeld (UL - Université de Lorraine)

  La très célèbre double hélice de l'ADN est capable de modifier profondément les propriétés photo-physiques de certains chromophores. Les spectres d'absorption ou d'émission UV/Visible peuvent subir des variations en intensité et/ou en longueur d'onde en fonction de la présence de brin d'ADN dans la solution par exemple. La molécule d'ADN est aussi responsable du spectaculaire effet d'interrupteur lumineux que l'on rencontre pour certains complexes de métaux de transition. En présence d'ADN ces complexes peuvent émettre de la lumière alors qu'ils en sont incapables en solution ou vice versa.
  Afin de comprendre le rôle que l'ADN joue sur les propriétés photo-physiques des chromophores, nous avons mis au point une méthode théorique et nous l'avons appliquée à certains complexes de Ruthénium en interaction avec l'ADN.
  Dans cet exposé, les principes physiques de notre méthode seront passés en revues et quelques applications portant sur les spectres d'absorption et d'émission seront présentées.

  Références: Ambrosek, D.; Loos, P.-F.; Assfeld, X.; Daniel, C. J. Inorg. Biochem.104 (2010) 893-901. D.; Perpète, E. A.; Laurent, A. D.; Assfeld, X.; Adamo, C. Phys. Chem. Chem. Phys. 11 (2009) 1258-1262. Chantzis, A.; Very, T.; Monari, A.; Assfeld, X. J. Chem. Theor. Comp. 8 (2012) 1536-1541. Very, T.; Despax, S.; Hébraud, P.; Monari, A.; Assfeld, X. Phys. Chem. Chem. Phys. 14, (2012) 12496.

• 11 h 50
  Une théorie simple pour le calcul de la conductance à l'échelle moléculaire
  Matthias Ernzerhof (UdeM - Université de Montréal)

  Les progrès récents concernant la manipulation d'objets à l'échelle atomique rendent possible la mesure de la conductance de molécules attachées à des contacts. Ces dispositifs électroniques moléculaires (DEM) sont des candidats pour la construction d'un nouveau type d'ordinateur. Pour créer un DEM avec une certaine fonctionnalité, il faut d'abord comprendre le mécanisme de transport des électrons dans les molécules. Ce but peut être réalisé en effectuant des simulations. Nous présentons une théorie simplifiée des DEM qui permet son application par des expérimentateurs. En utilisant cette théorie, des caractéristiques qualitatives de la transmission d'électrons à travers des molécules peuvent être mises en évidence. Nous présentons plusieurs applications de notre théorie dans le domaine du transport d'électrons à travers du nanographène.

• 12 h 25
  Dîner

Réactions chimiques 

• 14 h 10
  Vers une meilleure compréhension de la formation de molécules organiques dans le milieu interstellaire
  Stéphane BRIQUEZ (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Cecilia CECCARELLI (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Denis DUFLOT (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Claudine KAHANE (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Maurice MONNERVILLE (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Phillip PETERS (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Brigitte POUILLY (CNRS - Centre national de la recherche scientifique), Céline Toubin (Université Lille), Laurent WIESENFEL (CNRS - Centre national de la recherche scientifique)

  Les molécules organiques formées dans l'espace interstellaire ne sont probablement que des briques encore très simples, de petites molécules, ne dépassant guère une dizaine d'atomes, capables de se former et de survivre dans les conditions hostiles du milieu interstellaire : presque vide, très froid et baigné de rayonnements UV qui détruisent les liaisons chimiques des molécules. Et pourtant, plusieurs molécules organiques complexes, d'une dizaine d'atomes, ont été découvertes dans la dernière décennie.

  Ces découvertes soulèvent de nombreuses questions dont les suivantes : comment se forment ces molécules des plus petites aux plus grosses ? Les grains de poussière interstellaires jouent-ils un rôle majeur dans ce processus ?

  Ce travail théorique est la première étude s'attachant à décrire toutes les étapes et les intermédiaires réactionnels intervenant dans la séquence de réactions conduisant au méthanol par hydrogénations successives de CO en phase gazeuse et au contact d'agrégats d'eau. Les difficultés rencontrées avec les modèles de chimie quantique seront également discutées.

  Références: P. Peters, D. Duflot, A. Faure, C. Kahane, C. Ceccarelli, L. Wiesenfeld, C. Toubin, J. Phys. Chem. A, 115 (32), 8983–8989 (2011) [DOI: 10.1021/jp202052h]. P. Peters, D. Duflot, L. Wiesenfeld, C. Toubin, J. Chem. Phys. 139, 164310 (2013) [DOI: 10.1063/1.4826171].

• 14 h 45
  Une étude comparative des mécanismes de dissociation de différents acides organiques: phénols, acides carboxyliques et les sels d'anilinium
  Sebastien HETU (UdeM - Université de Montréal), Radu Iftimie (UdeM - Université de Montréal), Thomas VIBIN (UdeM - Université de Montréal)

  Les réactions à transfert de protons sont omniprésentes en chimie et biochimie, mais leurs mécanismes au niveau moléculaire restent encore controversés. La principale difficulté dans l'étude expérimentale de ces réactions est leur rapidité, ce qui fait que l'acte chimique est dynamiquement couplé a d'autres phénomènes rapides comme la diffusion et nécessite l'utilisation des techniques spectroscopiques résolues à une échelle de 1 femtoseconde. Nous utilisons la technique computationnelle appelée dynamique moléculaire ab initio, ce qui permet de calculer la dynamique des atomes durant une réaction chimique en partant des principes fondamentaux de la physique quantique et statistique. Nos études ont été concentrées sur la compréhension des mécanismes de dissociation de trois types d'acides: les phénols, les acides carboxyliques et les sels d'aniliniums. Dans tous les cas des molécules ont été choisie dont le pKa était autour de 0 pour maximiser la probabilité de formation des intermédiaires de réaction. Nos résultats suggère que les trois groupements fonctionnelles se comportent différemment : 1) Les sels d'anilinium dissocient sans formation d'intermédiaire; 2) Les acides carboxyliques forment des intermédiaires dont la durée de vie (100 fs) est limitée par la période de vibration des distances intermoléculaires en solution; 3) Finalement, les phénols forment des intermédiaires dont la stabilité (3-5 ps) est supérieure au temps de résidence d'un proton sur une molécule d'eau (1-2 ps).

• 15 h 20
  Pause

Applications pharmaceutiques 

• 15 h 35
  Génération d'une série de liants pour la détection de marqueurs tumoraux : peptides spécifiques pour la reconnaissance de l'endonucléase ERCC1-XPF
  Elisa Fadda (NUI Maynooth - National University of Ireland Maynooth)

  L'endonucléase ERCC1-XPF est un des complexes enzymatiques essentiels pour la réparation de l'ADN. Plus spécifiquement, ERCC1-XPF est responsable de l'excision de l'élément de l'ADN endommagé dans le processus de réparation par excision de nucléotides, ou NER. Ce processus est le principal mécanisme de réparation des lésions causées par agents alkylants comme le cisplatine, utilisé dans le traitement du cancer. Des niveaux élevés d'expression du ERCC1 ont été attribués à la résistance, intrinsèque ou acquise, des cellules tumorales au cisplatine.

  La protéine XPA, qui est aussi impliquée dans le NER, interagit directement avec le ERCC1 dans le processus de réparation. Un segment de 14 acides aminés (XPA_67-80) à été identifié comme le motif liant du ERCC1. Dans cette conférence, je présenterai des études sur la dynamique moléculaire du peptide XPA_67-80 et de mutants spécifiques du XPA_67-80. Les résultats indiquent le rôle de la séquence d'acides aminés du XPA_67-80 dans la structure du peptide en complexe avec le ERCC1 et en solution. Cette information est primordiale en vue de transformer le peptide XPA_67-80 en un peptide hautement spécifique pour la détection du ERCC1.

• 16 h 10
  Nouveaux logiciels pour la découverte de médicaments : développement et application à la préparation d'inhibiteurs d'enzymes
  Stephane DE CESCO (Université McGill), Nicolas Moitessier (Université McGill), Joshua POTTEL (Université McGill), Sylvain ROCHELEAU (Université McGill), Eric THERRIEN (Université McGill)

  La mise au point de médicaments est une entreprise couteuse et laborieuse. Depuis quelques années, l'application de simulations informatiques a permis d'améliorer la conception de nouveaux médicaments et la compréhension de leurs modes d'action et. Notre laboratoire combine le développement de logiciels, la synthèse organique et la biochimie pour à la fois développer de nouveaux logiciels plus fiables, rapides et faciles d'utilisation et les appliquer au développement de nouvelles molécules à visées thérapeutiques notamment dans le domaine des maladies neurodégénératives et des cancers. Au cours de cette présentation, tous ces aspects de notre recherche seront présentés.

• 16 h 45
  Mot de clôture

La (bio)chimie numérique, succès et enjeux - Événement ouvert au public!

Réception  - La (bio)chimie numérique, succès et enjeux