TITRE    ETUDE DES RELATIONS STRUCTURE-FONCTION DES PORINES BACTERIENNES A    L'ECHELLE DE LA MOLECULE UNIQUE
    TITLE     STRUCTURE-FUNCTION RELATIONSHIPS OF BACTERIAL PORINS AT THE SINGLE MOLECULE    LEVEL
    AUTEUR    Christophe DANELON
    UNIVERSITE    Université Paul Sabatier, Toulouse
    DATE    19 Septembre 2003
    LABORATOIRE    Laboratoire de Biophysique Membranaire, Institut de Pharmacologie et Biologie Structurale
    DIRECTION DE THESE    Mathias WINTERHALTER
    PARRAINAGE    
RESUME :
L’import de nutriments à travers la membrane externe des bactéries gram-négatif nécessite la présence de canaux protéiques appelés porines. Nous avons étudié les bases physicochimiques qui gouvernent les propriétés de transport de la Maltoporine, porine spécifique des maltosides, et de la porine de diffusion générale OmpF, protéine perméable aux antibiotiques de la famille des beta-lactamines. Des mesures de conductance à haute résolution ont permis de résoudre temporellement la liaison de molécules de substrat à l’intérieur d’un canal inséré dans une bicouche lipidique plane. L’analyse spectrale de la réaction donne les paramètres thermodynamiques et cinétiques du transport. Les résultats montrent que l’insertion de ces protéines dans la membrane est vectorielle et que les canaux sont asymétriques au regard de la direction du flux et de la dépendance du voltage. La connaissance de la structure de OmpF combinée à des études de dynamique moléculaire ont permis de révéler la nature des interactions entre l’ampicilline et le canal. Notre approche pourrait faciliter la conception rationnelle de nouveaux antibiotiques ayant une plus grande perméabilté.
ABSTRACT:
The uptake of nutrients across the outer membrane of gram-negative bacteria requires channel forming proteins called porins. We investigated the physicochemical basis governing the transport properties of the maltodextrins-specific Maltoporin and the general diffusion porin OmpF which is permeable for beta-lactam antibiotics. High resolution conductance measurements allowed to resolve in the time domain the binding of substrate molecules to one channel inserted into a planar lipid bilayer. Spectral analysis of the binding reaction gives the thermodynamic and kinetic parameters of the substrates permeation. The results show that the insertion of proteins into the membrane is vectorial and the channel is asymmetric looking at the flow direction and the voltage dependence. The knownledge of the 3-D structure of OmpF combined with molecular dynamics simulations elucidated the nature of the interactions between the ampicillin molecule and the channel. Our approach may help the design of new antibiotics with higher permeability.