Universite Louis Pasteur Strasbourg I

Louis Pasteur

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
Universite Louis Pasteur (Strasbourg I) These de doctorat Soutenue le 15 octobre 2004 pour l'obtention du titre de Docteur de l'Universite Louis Pasteur (Strasbourg I) (Specialite : Optique Non-lineaire) par Pascal Didier Proprietes optiques de marqueurs fluorescents d'interet biologique en interaction avec leur environnement : etude par spectroscopie femtoseconde. Composition du jury Rapporteurs : Majed Chergui Nicolas Rivier Jean-Franc¸ois Roch Examinateurs : Beatrice Chatel Jean-Louis Martin Invite : Luca Guidoni Directeur de these : Jean-Yves Bigot Institut de Physique et Chimie des Materiaux de Strasbourg

• techniques d'optique


• auto-modulation de phase pour la generation de l'impulsion


• source laser de l'experience


• exemples d'applications de la proteine fluorescente


• proprietes optiques de marqueurs fluorescents d'interet biologique


• chimie des materiaux de strasbourg

Sujets

• Andrade
• Châtel
• Schwalbach
• Albrecht
• Martin
• Guidoni
• Rivier

Informations

• Publié par: profil-feym-2012
• Publié le: 01 octobre 2004
• Nombre de lectures: 130
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

Universit¶e Louis Pasteur (Strasbourg I)
?These de doctorat
Soutenue le 15 octobre 2004
pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Universit¶e Louis Pasteur (Strasbourg I)
(Sp¶ecialit¶e : Optique Non-lin¶eaire)
par
Pascal Didier
Propri¶et¶es optiques de marqueurs
uorescents d’int¶er^et biologique en
interaction avec leur environnement :
¶etude par spectroscopie femtoseconde.
Composition du jury
Rapporteurs : Majed Chergui
Nicolas Rivier
Jean-Fran»cois Roch
Examinateurs : B¶eatrice Chatel
Jean-Louis Martin
¶Invite : Luca Guidoni
?Directeur de these : Jean-Yves Bigot
Institut de Physique et Chimie des Mat¶eriaux de StrasbourgRemerciements
Je tiens ?a remercier tout d’abord les membres de mon jury: B¶eatrice CHATEL, Majed
CHERGI, Jean-Louis MARTIN, Nicolas RIVIER et Jean-Fran»cois ROCH pour m’avoir
fait l’honneur de juger ce travail. J’ai particuli?erement appr¶eci¶e les difi¶erentes remarques
dont ils m’ont fait part.
Jesuis¶egalementreconnaissant?aBernardCARIERREetMarcDRILLON,directeurs
de l’Institut de Physique et Chimie des Mat¶eriaux de Strasbourg, pour m’avoir accueilli
au sein du laboratoire.
Je remercie Jean-Yves BIGOT, mon directeur de th?ese et directeur du Groupe d’Op-
tique Non-Lin¶eaire et d’Opto¶electronique, pour m’avoir accueilli et encadr¶e au cours de
ces 3 ann¶ees. Je lui suis reconnaissant pour la libert¶e qu’il m’a laiss¶ee dans mon travail
ainsi que pour les conseils qu’il a pu me donner. Ce fut un grand plaisir de travailler avec
une personne d’une si grande qualit¶e scientiflque.
A la liste des personnes auxquelles j’exprime ma gratitude s’ajoute: Daniel ACKER
qui m’a apport¶e son aide pour la conception et la r¶ealisation des pi?eces m¶ecaniques in-
dispensables au bon fonctionnement d’une "manip femto"; Mich?ele ALBRECHT pour son
aide dans le domaine de l’¶electronique et la conception de programmes d’acquisition, je
la remercie ¶egalement sa bonne humeur et surtout sa gentillesse; Fran»cois BARDOU qui
m’a fait d¶ecouvrir un pan de la physique qui m’¶etait totalement inconnu, je lui suis recon-
naissant pour toutes les choses que j’ai apprises en le c^otoyant; Alex BOEGLIN pour les
difi¶erentes discussions que nous avons eues sur les syst?emes¶etudi¶es et ses conseils lors de
lar¶edactiondumanuscrit;OlivierCREGUTquim’a¶enorm¶ementapprisdansledomaine
de l’optique non-lin¶eaire et qui a toujours su se montrer disponible pour une explication
ou un "alignement d¶elicat"; Jean-Georges GIES pour ses conseils avis¶es et le plaisir que
j’ai eu en enseignant ?a ses cot¶es; Val¶erie HALTE pour sa disponibilit¶e, son aide sur le
montage exp¶erimental, ses nombreux conseils et sa gentillesse; Fr¶ed¶eric LINCKER pour
son aide pr¶ecieuse lors de la pr¶eparation de certains ¶echantillons; Jean-Pierre LINK-
FORMAN pour son aide et ses explications dans les exp¶eriences pompe-sonde et dans les
exp¶eriences de caract¶erisation d’impulsions, cela m’a permis de comprendre beaucoup de
choses; Laurence OSWALD pour nous avoir permis de stocker nos nombreux¶echantillons
et qui n’a jamais refus¶e de nous rendre service; Georges SCHWALBACH pour la syn-
th?ese des ¶echantillons biologiques et le temps qu’il a consacr¶e ?a m’expliquer comment les
produire; Etienne WEISS qui m’a accueilli dans son ¶equipe ?a l’Ecole Sup¶erieure de Bio-
technologie de Strasbourg, je le remercie pour sa patience, les nombreuses choses apprises
dans le domaine de la biologie et son irrempla»cable humour.
Maiscetravailneseraitpascequ’ilestsans LucaGUIDONIquim’aparfaitementen-
cadr¶e au cours de ces trois ann¶ees. Il a toujours su se montrer disponible pour me donner
une explication ou pour m’aider sur le montage exp¶erimental. De par son extraordinaire
culture scientiflque, tant au niveau de la physique que de la biologie, j’ai ¶enorm¶ement
appris ?a ses c^ot¶es et ce fut pour moi un honneur et un grand plaisir de travailler avec
lui. Je remercie ¶egalement Luca et sa femme pour leur aide lors de la r¶edaction de ce
manuscrit. Je suis conscient que sans lui, ce travail ne serait pas ce qu’il est. Pour tout
cela, je lui suis inflniment reconnaissant. Merci Luca.
En dehors des aspects scientiflques, je tiens ?a remercier Janine JOSEPH et Jean-
nine DRIVON pour leur patience, leur gentillesse et leur aide dans les t^aches adminis-tratives. Je remercie ¶egalement Leandro ANDRADE, Abdelkrim BENABBAS, Christine
BOEGLIN, Paul-Antoine HERVIEUX ainsi que tous mes coll?egues th¶esards pour leurs
encouragements et leur soutien.
Je tiens aussi ?a remercier mes parents qui m’ont toujours soutenu tout au long de
mes ¶etudes. Je leur dois beaucoup et je ne serais sans doute pas arriv¶eal sans leur
aide. Finalement j’exprime toute ma gratitude ?a Jo˜elle qui m’a soutenu et qui a surtout
support¶e le train de vie d’un th¶esard pendant trois longues ann¶ees. Je la remercie tout
particuli?erement pour sa patience et son aide dans les derni?eres ¶etapes de la r¶edaction du
manuscrit et de la pr¶eparation de la soutenance.Table des matier? es 1
?TABLE DES MATIERES
Introduction g¶en¶erale : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3
1. Propri¶et¶es photophysiques de marqueurs d’int¶er^et biologique : : : : : : : : : : 7
1.1 La prot¶eine uorescente verte (GFP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.1 G¶en¶eralit¶es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.2 Photophysique de la prot¶eine uorescente verte . . . . . . . . . . 15
1.1.3 Propri¶et¶es optiques du chromophore isol¶e . . . . . . . . . . . . . . 25
1.1.4 Exemples d’applications de la prot¶eine uorescente verte . . . . . 30
1.2 Fusion g¶en¶etique fragment d’anticorps-GFP: probl¶ematique d’un point de
vue biologique [Jan01] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.3 Propri¶et¶es photophysiques de "rotors mol¶eculaires". . . . . . . . . . . . . 41
1.3.1 Cas model?e du DMABN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.3.2 Cas controvers¶e des d¶eriv¶es de coumarine . . . . . . . . . . . . . . 46
2. Techniques de spectroscopie femtoseconde: aspects th¶eoriques et pratiques : : 54
2.1 G¶en¶eration d’impulsions LASER ultracourtes . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.1.1 Blocage de modes [Rul04] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.1.2 Dispersion de la vitesse de groupe [Alf89, RW89]. . . . . . . . . . 58
2.1.3 Source laser de l’exp¶erience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.2 Techniques d’optique non-lin¶eaire en r¶egime impulsionnel . . . . . . . . . 67
2.2.1 Doublage de fr¶equence des impulsions pompe . . . . . . . . . . . 67
2.2.2 Auto-modulation de phase pour la g¶en¶eration de l’impulsion sonde 69
2.2.3 Principedel’ampliflcateurparam¶etriqueoptiqueeng¶eom¶etrienon-
colin¶eaire [She02, Big01, GNSS98, GCH98] . . . . . . . . . . . . . 71Table des mati?eres 2
2.2.4 Signal mesur¶e dans une exp¶erience pompe-sonde [Pha96, Muk95,
SD92] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.2.5 Conflguration exp¶erimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.2.6 Caract¶erisation des impulsions pompe et sonde [Jof98] . . . . . . 84
2.2.7 Cellule tournante et system? e de d¶etection . . . . . . . . . . . . . . 95
3. R¶esultats exp¶erimentaux et interpr¶etations des exp¶eriences pompe-sonde : : : 100
3.1 Dynamique des ¶etats excit¶es de prot¶eines GFP . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.1.1 Pr¶eparation des ¶echantillons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.1.2 Propri¶et¶es optiques lin¶eaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.1.3 Exp¶eriences r¶esolues en temps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.2 Dynamique des ¶etats excit¶es des d¶eriv¶es de coumarine . . . . . . . . . . . 125
3.2.1 Propri¶et¶es optiques lin¶eaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
3.2.2 Spectroscopie r¶esolue en temps des d¶eriv¶es de coumarine . . . . . 132
4. Vieillissement statistique de la GFPuv : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 139
4.1 Exp¶erience sur des mol¶ecules uniques et statistiques de L¶evy . . . . . . . 140
4.1.1 Comportement de prot¶eines GFP uniques . . . . . . . . . . . . . 140
4.1.2 Statistique de L¶evy [BBACT02] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.2 Conflguration exp¶erimentale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.3 R¶esultats exp¶erimentaux et interpr¶etation . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.3.1 R¶esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
4.3.2 Model?e et interpr¶etation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Conclusion g¶en¶erale: : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :