The power stroke driven muscle contraction
Le rôle mécanique de " power stroke " dans la contraction musculaire
Résumé
This thesis is devoted to the modeling of mechanical functioning of myosin II/actin in- teraction, responsible for active force generation in skeletal muscles at nanometer scale. The muscle contractile units contain actin filament and myosin II filaments formed by an assembly of myosins II. The myosin II is molecular motor that periodically attaches and detaches to the actin filament in presence of ATP. In order to understand the phenomenon of muscle contraction from mechanical point of view, we follow the approach developed by the Brownian ratchets community, which replaced the conventional chemistry-based interpretation of active force generation by a study of Langevin dynamics of mechanical systems with well defined energy landscapes. We focus on the role of the conformational change known as power stroke in the functioning of myosin II. We identify the power stroke as the main driver of contractility. The attribution of active role to power stroke reflects the biological reality imprinted in the molecular motor functional cycle. We propose an innovative mechanical model and by emphasizing the active role of the power stroke we are therefore building a bridge between processive and nonprocessive motors. In this Thesis we present the first examples of models of nonprocessive motors driven exclusively by the power stroke and exploiting the well known phenomenon of stochastic resonance.
Cette thèse est consacrée à la modélisation du fonctionnement mécanique de l'interaction myosine II / actine, qui est responsable de la génération de force active dans les muscles squelettiques à l'échelle nanomérique. Les unités contractiles du muscle contiennent les filaments d'actine et de myosine, les derniers sont formés par un assemblage des myosines II. La myosine II est un moteur moléculaire qui s'attache et se détache périodiquement au filament d'actine en présence d'ATP. Afin de comprendre le phénomène de la contraction musculaire d'un point de vue mécanique, nous suivons l'approche développée par la communauté de cliquets Browniens, qui remplace l'interprétation chimique traditionnelle de génération de force active par une étude de la dynamique de Langevin des systèmes mécaniques avec des paysages énergétiques bien définis. Nous mettons l'accent sur le rôle du changement conformationnel, ou " power stroke ", dans le fonctionnement de la myosine II. Nous identifions le "power stroke" comme le principal moteur de la contractilité, ce qui reflète la réalité biologique. Nous proposons un modèle mécanique innovant et, en mettant l'accent sur le rôle actif de " power stroke ", nous établissons un lien entre les moteurs processifs et nonprocessifs. Dans cette thèse, nous présentons les premiers exemples de modèles de moteur moléculaire nonprocessif actionnés exclusivement par "power stroke " et exploitant le phénomène de la résonance stochastique.