The general framework of this PhD is a theoretical study by quantum chemistry and molecular dynamics of the relationship between the structure and the fluorescence properties of fluorescent proteins, particulary, of the yellow fluorescent protein (YFP). In this protein, the electron transition energy is reduced with respect to that of the green fluorescent protein (GFP) as a result of a Ď€ stacking between the chromophore (the part that absorbs and emits visible light in the protein) and a tyrosine . This effect is the basis of the usefulness of YFP in the laboratory (resonance energy transfer “FRET” with other proteins).This study has two parts. First, we have tried to determine if a classical force field (ff99 of the AMBER suite) can represent the effect of Ď€ stacking on the dynamics in the excited state. For this goal, we performed a series of CASPT2 calculations on a grid of points. The conclusion is that the difference between the interaction energy surfaces resulting from the force field and the CASPT2 calculations does not seem decisive for the fluorescence properties. Second, we used a model developed in the ThĂ©oSim group to extract the fluorescence decay time from a series of dynamics (300ns) using a classical force field. This method leads to the determination of parameters in principle transferable across fluorescent protein. We compared GFP and YFP. This approach opens the way to a fast method for determining fluorescence properties for new fluorescent proteins. A next step would be to improve the description of radiative decay used in this model.

Le cadre gĂ©nĂ©ral de cette thèse est une Ă©tude thĂ©orique par chimie quantique et dynamique molĂ©culaire de la relation entre la structure et la fluorescence des protĂ©ines fluorescentes, en particulier, de la protĂ©ine fluorescente jaune (YFP). Dans cette protĂ©ine l’Ă©nergie de transition Ă©lectronique est rĂ©duite par rapport Ă  celle de la protĂ©ine fluorescente verte (GFP) en raison de l’empilement Ď€ entre le chromophore (la partie qui peut absorber et Ă©metre de la lumiere visible au cĹ“ur de la protĂ©ine) et une tyrosine. Cet effet constitue la base de son utilitĂ© au laboratoire (transfert d’Ă©nergie par rĂ©sonance «FRET» avec d’autres protĂ©ines). Ce travail comporte deux parties. D’une part, nous avons cherchĂ© Ă  dĂ©terminer si un champ de force classique (ff99 de la suite AMBER) permet de reprĂ©senter l’effet de Ď€ -stacking sur la dynamique Ă  l’état excitĂ©. Pour cela nous avons effectuĂ© une sĂ©rie de calculs CASPT2 sur une grille de points. La conclusion est que la diffĂ©rence entre les surfaces d’énergie d’interaction rĂ©sultant du champ de force et des calculs de chimie quantique CASPT2 ne semblent pas dĂ©terminante pour les propriĂ©tĂ©s de fluorescences.D’autre part, nous avons utilisĂ© un modèle dĂ©veloppĂ© dans le groupe ThĂ©oSim pour dĂ©crire le dĂ©clin Ă  partir d’une sĂ©rie de dynamique (300ns) utilisant un champ de force classique. Cette mĂ©thode conduit Ă  dĂ©terminer des paramètres en principe transfĂ©rables d’une protĂ©ine fluorescente Ă  une autre. Nous avons comparĂ© la GFP et l’YFP. Cette approche ouvre la voie Ă  une mĂ©thode rapide pour des propriĂ©tĂ©s de fluorescences pour de nouvelles protĂ©ines fluorescentes. Une prochaine Ă©tape serait d’amĂ©liorĂ©e la description du dĂ©clin radiatif utilisĂ©e dans ce modèle.