Synthèse de modèles pour l'étude d'une nouvelle famille d'enzyme à fer et à manganèse, A biomimetic approach to investigate the reactivity of iron-manganese oxygenases.

Michael Carboni

Description

Sous la direction de Jean-marc Latour
Thèse soutenue le 23 septembre 2011: Grenoble
Les métaux sont impliqués dans de nombreux processus biologiques essentiels pour le vivant. Ils interviennent au sein de métallo-enzymes sélectives et efficaces, qui catalysent des réactions chimiques dans des conditions douces. Les plus illustres sont les RiboNucléotide Réductases (RNR), essentiels à la synthèse de l'ADN, ou bien encore la Méthane MonoOxygènase (MMO) capable à partir du méthane de former le méthanol, molécule à fort potentiel énergétique. Ces métallo-enzymes fonctionnent au travers d'un site actif contenant deux fers. Récemment, un nouveau membre de cette famille a été isolé et présente un nouveau site actif hétérodinucléaire à fer et manganèse. Le potentiel chimique de ces enzymes commence juste a être caractérisé, mais les premières études suggèrent une réactivité semblable aux enzymes homodinucléaires à fer. Puisque le comportement de l'ion métallique dans les protéines n'est pas très différent de la chimie fondamentale du métal, l'étude de petits analogues synthétiques de site actif est particulièrement utile. Nous proposons la synthèse de complexes dinucléaires à Fe-Mn pour étudier la réactivité et les propriétés électroniques de ce nouveau site actif. Par une étude physicochimique approfondie et des études de réactivités, nous avons apporté une meilleure compréhension sur la réactivité de ce nouveau système enzymatique.
-Chimie Bioinorganique
-Biomimétisme
-Enzymes Fer Manganèse
-Mössbauer
-RPE
-Spectroscopie
Nonheme enzymes possessing a dinuclear active site are performing many essential functions such as Ribonucleotide reductase (RNR) in DNA production and Methane oxygenation (MMO) to convert gas toxic methane in combustible methanol. While most of these enzymes have been shown to possess a diiron active site, new members of this protein family were recently isolated from bacteria and found to possess instead a heterodinuclear Fe-Mn active site. The chemical potential of the heterodinuclear metal site is just starting to be evaluated, but available data suggest that it may have capabilities for similarly versatile chemistry as the extensively studied diiron-carboxylate cofactor. In recent years, the study of models based on simple dinuclear metal complexes has became an important tool for gaining insight into the biological functions of such bimetallic cores. The design of binucleating ligands capable of providing asymmetric dinuclear complexes is a subject of great interest. We propose to synthesize dinuclear Fe-Mn complexes to investigate the reactivity and the electronic properties of this new active site. By combining spectroscopic and electronical studies we have gain a better understanding on the reactivity of this new enzymatic system.
-Bioinorganic chemistry
-Biomimetic approach
-Iron Manganese Enzymes
-Mössbauer
-EPR
-Spectroscopy
Source: http://www.theses.fr/2011GRENV034/document

Sujets

• Chimie bioinorganique
• Biomimétisme
• Spectroscopie

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 10 Mo

Extrait

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THESE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE GRENOBLE
Sp´ecialit´e : CHIMIE INORGANIQUE
Arrˆet´e minist´eriel : 7 aouˆt 2006
Pr´esent´ee par
Micha¨el CARBONI
Th`ese dirig´ee par Jean-Marc LATOUR
pr´epar´ee au sein du Laboratoire de Chimie et Biologie des M´etaux
dans l’Ecole Doctorale de Chimie et Sciences du Vivant
Synth`ese de mod`eles
pour l’´etude d’une nouvelle famille
d’enzyme `a fer et `a mangan`ese
Th`ese pr´evue publiquement le 23/09/2011
devant le jury compos´e de :
Dr. Dominique MANDON
Directeur de recherche, Universit´e Louis Pasteur, Strasbourg (Rapporteur)
Dr. Marius REGLIER
Directeur de recherche, Universit´e Aix-en-Provences III, Marseille (Rapporteur)
Dr. Marie-Noel COLLOMB
Directeur de recherche, Universit´e de Grenoble
Pr. Ally AUKAULOO
Professeur, Universit´e d’Orsay
Pr. Jean-Pierre MAHY
Professeur, Universit´e d’Orsay
Dr. Jean-Marc LATOUR
Docteur, CEA Grenoble
tel-00632024, version 1 - 13 Oct 2011tel-00632024, version 1 - 13 Oct 2011A ma femme, D´eviya!
iii
tel-00632024, version 1 - 13 Oct 2011iv
tel-00632024, version 1 - 13 Oct 2011Avant tout!
Remerciements
Aucune oeuvre ne peut se r´ealiser sans la contribution
De gens g´en´ereux, disponibles et ´eclair´es.
Malheureusement au final les mots ne sont jamais assez bons,
Pour remercier tout ceux qui nous ont aid´e.
Essayons...
1Bien entendu mes premiers mots iront au responsable de l’´equipe PMB . Un grand
merci `a Jean-Marc Latour pour m’avoir accueillit, form´e et support´e. J’esp`ere avoir
rempli toute la confiance accord´ee, du moins j’ai fait de mon mieux. Merci pour sa
sympathie, sa bonne humeur et son partage.
A toute l’´equipe (pass´ee et pr´esente) pour tous les bons moments pass´es. Pour mon
int´egration au sein du groupe, et le soutient quotidien. Ce d´epart me laissera un grand
vide. Certains ont particip´e a` ce projet de fac¸on directe, ce travail ne serait pas ce qu’il
est sans eux : Martin, Ricardo et Genevi`eve pour la partie Mo¨ssbauer et RPE; Nathalie
et Patrick pour la partie synth`ese.
Aux voisins du SCIB pour le soutient mat´eriel et leurs sympathies : Colette Lebrun
pour les analyses de masse, Lionel Dubois pour l’´electrochimie, Jean-Franc¸ois Jaquot
pour le magn´etisme, Jacques P´ecaut pour les structures RX, Pierre-Alain Bayles pour la
RMN. Et pour tous les copains th´esards et post-doc de ce service crois´es au cours de ces
3 ann´ees : de belle rencontres, de bonnes soir´ees, des moments inoubliables.
Au Dr. Marius R´eglier et Dr. Dominique Mandon d’avoir accept´e la tache de juger
ces travaux. Ainsi qu’au Pr. Ally Aukauloo, Pr. Jean-Pierre Mahy et Dr. Marie-Noelle
Collomb d’avoir accept´e l’invitation `a mon jury de th`ese. Merci, c’est un honneur.
A Christine Goux et Didier Gaude pour avoir eu confiance en moi et ma laisser faire
de l’enseignement.
1. Le chef!
v
tel-00632024, version 1 - 13 Oct 2011Mais aussi aux amis :
A Nico pour les admirables sorties culturelles avec la d´ecouverte des lieux phares de
Grenoble (Les bars!). A Am´eliiiiiiiiiiiiie et Gr´egos pour le soutient parisien n´ecessaire
lors d’une migration en province. Au petit Gr´egory qui a r´eussi `a cr´eer une coh´esion de
groupe au sein d’un baˆtiment aust`ere. Un mod`ele, une star, LA star des th´esards. Merci
pour toutes ces bonnes soir´ees. Mais aussi aux copains drogu´es du C3. Aux coll`egues
th´esards CEA de la promotion Irtelis 2011, pour tous les bons moments pass´es au CEA
Saclay et `a cot´e. Aux coll`egues de la fac et toutes les merveilleuses rencontres ...
A mes parents et grands-parents, pour le soutien financier, car pour arriver en th`ese
il y a 5 longues et dures ann´ees d’´etude.
A ma femme pour l’accompagnement dans ce p´eriple, pour m’avoir support´e dans
mes mauvaises humeurs et mauvais trips et principalement pour m’avoir ´epous´e, avec le
recul, c’est remarquable.
Pour tout cela et pour bien plus,
Pour vous tous et pour tant d’autres,
Pour ce qui s’est pass´e et pour ce qui se passera,
MERCI!
Micha¨el
vi
tel-00632024, version 1 - 13 Oct 2011Une communaut´e ne peut longtemps se suffire `a elle-mˆeme; elle ne peut se d´evelopper
qu’avec des personnes d’horizons diff´erents et des fr`eres encore inconnus.
[Howard Thurman]
So Say We All!
[BattleStar Galactica]
Fe Mn
vii
tel-00632024, version 1 - 13 Oct 2011viii
tel-00632024, version 1 - 13 Oct 2011Abbr´eviations
ADN Acide D´esoxyriboNucl´eotide
Ar Aromatique
ArIO 2-(tert-butylsulfonyl)iodosylbenz`ene
BBA bis(benzimidazole)amine
BDNP Bis(2,4-DiNitrophenyl)Phosphate
BPA bis(2-picolyl)amine
BS Bas Spin
CAN Cerium (IV) Ammonium Nitrate
DFT Density Functional Theory
DMF DiM´ethylFormamide
DNP 2,4-DiNitroPhenolate
eq. Equivalent
ESI-MS Electrospray ionization mass spectrometry
ESRF European Synchrotron Radiation Facility
EXAFS Extended X-ray Absorption Fine Structure
FB Formule Brute
Fc Ferroc`ene
H bpbpmp 2-bis[((2-pyridylm´ethyl)-aminom´ethyl)-6-((2-hydroxybenzyl)2
-(2-pyridylm´ethyl))-aminom´ethyl]-4-m´ethylph´enol
H ipcpmp 2-(N-isopropyl-N-((2-pyridyl)m´ethyl)aminom´ethyl)-6-(N-(carboxylm´ethyl)2
-N-((2-pyridyl)m´ethyl)aminom´ethyl)]-4-m´ethylph´enol
Hbimp 2,6-bis[(bis((1-m´ethyl-imidazol-2-yl)m´ethyl)amino)m´ethyl]-4-m´ethylph´enol
HBPG Bis-2-PicolylGlycylamine
Hbpmp 2,6-bis[(bis(2-pyridylm´ethyl)-amino)m´ethyl]-4-m´ethylph´enol
HL-BBABPA 2-(bis(2-picolyl)-aminom´ethyl)-
6-(bis(2-benzimidazole)-aminom´ethyl-p-cr´esol
HL-Bn (2-bis[2-piridyl-m´ethyl)-aminom´ethyl-6-(benzyl)
-(2-piridyl-m´ethyl)-aminom´ethyl]-4-m´ethylph´enol)
ix
tel-00632024, version 1 - 13 Oct 2011HL-NH (2-bis[2-piridyl-m´ethyl)-aminom´ethyl-6-(aniline)2
-(2-piridyl-m´ethyl)-aminom´ethyl]-4-m´ethylph´enol)
HPCD HomoProteCatechuate-2,3-Dioxyg´enases
HPNP 2-HydroxyPropyl-para-NitroPh´enyl
HS Haut Spin
HSAB Hard and Soft Acids and Bases
IR Infra Rouge
IVCT Inter Valence Charge Transfert
K Kelvin
L Ligand
m-CPBA meta-ChloroPerBenzoic Acid
MMO M´ethane MonoOxyg´enase
mpdp meta-ph´enyl`ene dipropionate
NHE Normal Hydrogen Electrode
PAP Phosphatase Acide Pourpre
pH potentiel Hydrog`ene
PhIO Iodosylbenz`ene
PM Poids Mol´eculaire
ppm partie par million
rdt Rendement
RNR RiboNucl´eotide R´eductase
RMN R´esonance Magn´etique Nucl´eaire
RPE R´esonance Paramagn´etique Electronique
RX Rayons X
SOD Super Oxide Dismutase
T. Temp´erature
T.A. Temp´erature Ambiante
TBAP Tetra-n-Butyl-Ammonium Perchlorate
TBHP Tert-Butyl HydroPeroxide
THF TetraHydroFuranne
TPA Tris-PicolylAmine
UV Ultra Violet
XANES X-ray Absorption Near Edge Structure
ZFS Zero Field Spliting
x
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