Description

Certains animaux migrateurs s'orientent pendant leurs migrations à longues distances en percevant le champ magnétique terrestre. L'origine moléculaire d'un tel sens est encore méconnue. Récemment, la protéine cryptochrome a été supposée à l'origine de cette "boussole biologique". Le mécanisme photochimique serait basé sur la création de paires radicalaires dans un complexe donneur-accepteur : après absorption lumineuse, un transfert d'électron se produit entre une flavine et des tryptophanes qui forment le site actif du cryptochrome, générant ainsi un biradical localisé. Cette paire radicalaire subit une dynamique cohérente des populations d'états singulet et triplet. Des modèles théoriques ont montré qu'une telle dynamique peut être affectée par des champs magnétiques externes à faible intensité, en supposant des états excités avec des propriétés magnétiques et dynamiques très spécifiques : longue durée de vie des paires radicalaires, différentes réactivités des états singulet et triplet, couplage hyperfin anisotrope, etc. Jusqu'à présent, il n'y a pas de preuves qu'un tel mécanisme existe également dans un milieu biologique. Nous proposons de développer un modèle de dynamique quantique multi-échelles dans le but de déterminer l'effet des champs magnétiques sur l'activité de la protéine cryptochrome. Le modèle se base sur des Hamiltoniens effectifs analytiques qui intègrent l'ensemble des informations relatives aux propriétés magnétiques, électroniques et vibrationnelles des états excités de la protéine. Ces Hamiltoniens seront utilisés ensuite pour propager en temps réel des paquets d'onde sous l'action des champs magnétiques externes. Ce projet permettra de prouver si la protéine cryptochrome peut être considérée comme une boussole biologique. En outre, ces résultats pourront constituer la première preuve directe de l'effet d'un champ magnétique de faible intensité sur le mécanisme d'une réaction photochimique prenant place en milieu biologique.

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