Geneviève Blondin, Directrice CNRS
Martin Clémancey, Ingénieur d'études Université Joseph Fourier
Richard Garcia, Maître de Conférences UJF
Jean-Marc Latour, Directeur CEA
Magnétisme et structure électronique de centres biomimétiques à fer et à manganèse
- Protéine PerR, senseur bactérien du peroxyde d'hydrogène
- Complexes binucléaires à Fer bio-mimétiques : transfert d'atomes et transfert d'électrons
- Modèles peptidiques de sites à zinc et à fer
- Magnétisme et structure électronique de centres biomimétiques à fer et à manganèse
- Spectroscopie Mössbauer
- Publications
 Responsables |
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| Utilisation de la spectroscopie Mössbauer pour l'étude structurale et fonctionnelle de protéines à fer et de modèles chimiques |
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 La spectroscopie Mössbauer est utilisée avec succès en biologie pour étudier les grandes classes de protéines à fer, hémoprotéines, protéines fer-soufre, et plus récemment les protéines à fer non hémique. Jusqu'à une période récente, de telles études étaient réalisées essentiellement dans des laboratoires américains et allemands. Depuis quelques années, nous avons développé la spectroscopie Mössbauer pour des études en biologie et en chimie pour atteindre trois types principaux d'objectifs : • la caractérisation de la structure électronique de sites à fer dans de nouvelles protéines et des complexes modèles, • le piégeage et la caractérisation d'espèces réactives participant à des cycles catalytiques d'enzymes à fer, • le fonctionnement de protéines à fer in vivo, c'est à dire en considérant le système naturel dans son ensemble. L'étude de systèmes chimiques modèles des sites enzymatiques est développée afin de disposer de références spectroscopiques dont l'étude moléculaire peut être affinée en raison de leur taille réduite. |
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| Résultats récents et études en cours |
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  Caractérisation de nouvelles protéines |
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 Cette activité préalable aux études de réactivité est mise en jeu aussi bien sur des systèmes de l'équipe que dans des collaborations. La figure M1 présente le spectre de la protéine MiaE isolée.Figure M1 : Spectres Mössbauer de MiaE isolée d'un lysat. Les spectres ont été enregistrés à 4,2 K dans un champ magnétique de A) 0,60 mT appliqué parallèlement au rayonnement gamma, ou B) 0,22 mT appliqué perpendiculairement au rayonnement gamma. Le spectre C) est obtenu par soustraction de A et de B. Les lignes noire sont des simulations de l'Hamiltonien de spin. Les lignes colorées sont les contributions des clusters oxodiferriques (orange) et des clusters à valence mixte Fe(II)Fe(III) (bleu). La contribution des espèces majoritaires oxodiferriques (doublet central) n'est pas montrée. |
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| Piégeage et caractérisation d'espèces actives |
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Les études de réactivité sont principalement focalisées sur la caractérisation de la structure électronique d'espèces fer(III)-peroxo et fer(IV)-oxo qui sont des intermédiaires dans les réactions de transfert d'oxygène par les oxygénases et les peroxydases. La figure M2 présente le spectre du composé II de la catalase de Proteus mirabilis (collaboration Hélène Jouve, IBS-Grenoble). Ce spectre révèle la présence de deux espèces FeIV : une possédant un ligand oxo (FeIV=O, spectre b), l'autre un ligand hydroxo (FeIV-OH, spectre a). Les deux espèces sont clairement distinguées par leurs paramètres Mössbauer (FeIV=O : δ = 0,07(2) mm/s, ΔEQ = 1,47(2) mm/s ; FeIV-OH : δ = 0,03(2) mm/s, ΔEQ = 2,29(2) mm/s).
 Figure M2 : Spectre Mössbauer de la catalase de Proteus mirabilis à pH 8,3 après additions d'acides peracétique et ascorbique. Le spectre a été enregistré à 4,2 K avec un champ parallèle appliqué de 50 mT.Dans les oxygénases et leurs modèles chimiques les espèces FeIV=O sont généralement très instables et leur isolement demeure très souvent un défi. La spectroscopie Mössbauer constitue la méthode de choix pour identifier ces espèces qui possèdent des paramètres très distinctifs. La figure M3 illustre le spectre d'une telle espèce capable d'oxyder divers substrats organiques et où le fer est complexé par un ligand polyamine (TPEN).  Figure M3 Spectre Mössbauer de [(TPEN)FeIV=O](PF6) enregistré à 4,2 K. Paramètres Mössbauer : δ = 0,01(1) mm/s, ΔEQ = 0,87(1) mm/s. |
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| Étude Mössbauer in vivo |
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| Des études ont débuté pour étudier les défauts d'accumulation du fer dans les mitochondries liés à l'ataxie de Friedreich. | ||
| Analyse théorique des paramètres Mössbauer et d'Hamiltonien de spin obtenus à partir de la simulation numérique des données expérimentales |
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Une collaboration a été entreprise avec Jean-Marie Mouesca, pour évaluer à l'aide de calculs théoriques DFT, les paramètres Mössbauer et d'Hamiltonien de spin du site à fer d'une enzyme ou d'un complexe modèle à partir de sa structure cristallographique. Ces calculs théoriques ont un double but :
• l'estimation de ces paramètres dans le cas où les données Mössbauer ne sont pas disponibles dans la littérature pour des composés analogues ; • la proposition, dans le cas ou aucune donnée cristallographique n'est disponible, de modèles structuraux de sites à fer à partir de l'analyse des paramètres issus des expériences de spectroscopie Mössbauer. De manière plus générale, ces calculs permettent d'obtenir une description détaillée du site à fer d'un point de vue électronique, préalable à la compréhension de la réactivité de l'enzyme. |
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| Personnel de l'équipe impliqué dans le projet |
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| Collaborations |
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- Protéines à fer : |
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| Publications liées à la thématique de recherche |
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| Goure E, Thiabaud G, Carboni M, Gon N, Dubourdeaux P, Garcia-Serres R, Clemancey M, Oddou JL, Robin AY, Jacquamet L, Dubois L, Blondin G and Latour JM Reversible (De)protonation-induced valence inversion in mixed-valent diiron(II,III) complexes. Inorganic Chemistry, 2011, 50(14): 6408-6410 Arragain S, Garcia-Serres R, Blondin G, Douki T, Clemancey M, Latour JM, Forouhar F, Neely H, Montelione GT, Hunt JF, Mulliez E, Fontecave M and Atta M Post-translational modification of ribosomal proteins: Structural and functional characterization of RimO from Thermotoga maritima, a radical-SAM methylthiotransferase. Journal of Biological Chemistry, 2010, 285(8): 5792-5801 Murali M, Nayak S, Costa JS, Ribas J, Mutikainen I, Turpeinen U, Clemancey M, Garcia-Serres R, Latour JM, Gamez P, Blondin G and Reedijk J Discrete tetrairon(III) cluster exhibiting a square-planar Fe4(μ4-O) core: Structural and magnetic properties. Inorganic Chemistry, 2010, 49(5): 2427-2434 Traoré DA, El Ghazouani A, Jacquamet L, Borel F, Ferrer JL, Lascoux D, Ravanat JL, Jaquinod M, Blondin G, Caux-Thang C, Duarte V and Latour JM Structural and functional characterization of 2-oxo-histidine in oxidized PerR protein. Nature Chemical Biology, 2009, 5: 53-59 Horner O, Mouesca JM, Solari PL, Orio M, Oddou JL, Bonville P and Jouve HM Spectroscopic description of an usual protonated ferryl species in the catalase from Proteus mirabilis and density functional theory calculations on related models. Consequences for the ferryl protonation state in catalase, peroxidase and chloroperoxidase. Journal of Biological Inorganic Chemistry, 2007, 12(4): 509-525 Mathevon C, Pierrel F, Oddou JL, Garcia-Serres R, Blondin G, Latour JM, Menage S, Gambarelli S, Fontecave M and Atta M tRNA-modifying MiaE protein from Salmonella typhimurium is a nonheme diiron monooxygenase. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 2007, 104(33): 13295-13300 Horner O, Oddou JL, Mouesca JM and Jouve HM Mössbauer identification of a protonated ferryl species in catalase from Proteus mirabilis: Density functional calculations on related models. Journal of Inorganic Biochemistry, 2006, 100(4): 477-479 Horner O, Mouesca JM, Oddou JL, Jeandey C, Nivière V, Mattioli TA, Mathe C, Fontecave M, Maldivi P, Bonville P, Halfen JA and Latour JM Mössbauer characterization of an unusual high-spin side-on peroxo-Fe3+ species in the active site of superoxide reductase from Desulfoarculus baarsii. Density functional calculations on related models. Biochemistry, 2004, 43: 8815-8825 Jeandey C, Horner O, Oddou JL and Jeandey C Small axial and transverse magnetic fields designed for 57Fe Mössbauer study of kramers systems. Meas. Sci. Tech., 2003, 14: 629-632 Horner O, Jeandey C, Oddou JL, Bonville P, McKenzie CJ and Latour JM A Mössbauer study of [Fe(edta)(O2)]3- agrees with a high-spin FeIII-peroxo complex. Eur. J. Inorg. Chem., 2002, 2002(12): 1186-1189 Horner O, Jeandey C, Oddou JL, Bonville P, McKenzie CJ and Latour JM Hydrogenoperoxo [(bztpen)Fe(OOH)]2+ and its deprotonation product peroxo-[(bztpen)Fe(O2)]+, studied by EPR and Mössbauer spectroscopy - Implications for the electronic structures of peroxo model complexes. Eur. J. Inorg. Chem., 2002, 2002(12): 3278-3283 |
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| Autres publications |
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| Balasubramanian R, Blondin G, Canales JC, Costentin C, Latour JM, Robert M and Saveant JM Proton-coupled intervalence charge transfer: Concerted processes. Journal of the American Chemical Society, 2012, 134(4): 1906-1909 Baffert C, Orio M, Pantazis DA, Duboc C, Blackman AG, Blondin G, Neese F, Deronzier A and Collomb MN Trinuclear terpyridine frustrated spin system with a Mn(IV)3O4 core: Synthesis, physical characterization, and quantum chemical modeling of its magnetic properties. Inorganic Chemistry, 2009, 48(21): 10281-10288 Bienkowski K, Kulszewicz-Bajer F, Genoud F, Oddou JL and Pron A Mixed doping of polyaniline with iron(III) chloride in the presence of hexafluoroacetylacetone: Chemical and structural consequences. Mat. Chem. Phys., 2005, 92: 27-32 Martinho M, Banse F, Bartoli JF, Battioni P, Horner O, Bourcier S and Girerd JJ New example of a non-heme mononuclear iron(IV) oxo complex. Spectroscopic data and oxidation activity Inorg. Chem., 2005, 44: 9592-9596 Pitarch Lopez J, Heinemann FW, Horner O, Latour JM, Ramachandraiah G and Grohmann A Unusual oxidative stability of a multidentate primary amine ligand: Facile synthesis of the oxo-bridged diiron (III)complex. Inorg. Chem. Comm., 2004, 7: 773-776 Bienkowski K, Oddou JL, Horner O, Kulszewicz-Bajer I, Genoud F, Suwalski J and Pron A Complexation of polyaniline with Lewis acids – A Mössbauer spectroscopy study. Nukleonika, 2003, 48 (Supplement 1): S3-S7 Demadrille R, Rannou P, Bleuse J, Oddou JL and Pron A Regiochemically well-defined fluorenone-alkylthiophene copolymers: Synthesis, spectroscopic characterization and their postfunctionalization with oligoaniline. Macromol., 2003, 39: 7045-7054 Bienkowski K, Oddou JL, Horner O, Kulszewicz-Bajer I, Genoud F, Suwalski J and Pron A Conjugated polymers doped with Lewis acids. Synth. Met., 2003, 135-136: 159-160 Pitarch Lopez J, Heinemann FW, Prakash R, Heß BA, Horner O, Jeandey C, Oddou JL, Latour JM and Grohmann A Iron carbonyl, nitrosyl and nitro complexes of a tetrapodal pentadentate amine ligand: Synthesis, electronic structure, and nitrite reductase-like reactivity. Chem. Eur. J., 2002, 8: 5709-5722 |
| Responsable |
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| Études des centres à manganèse par spectroscopie RPE et magnétisme |
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La spectroscopie RPE permet d'étudier des systèmes paramagnétiques tels que les radicaux organiques, les sites actifs de métalloprotéines ou les complexes des ions de métaux de transition. Les signaux détectés reflètent la structure électronique des systèmes étudiés et permettent ainsi d'obtenir des informations sur l'environnement d'un ion métallique, le nombre d'ions métalliques au sein d'un complexe, leur degré d'oxydation,…
Au sein des complexes polynucléaires les ions métalliques interagissent magnétiquement. La force et la nature de cette interaction dite « interaction d'échange » dépendent de la nature du lien chimique entre les ions. L'interaction d'échange est accessible par l'étude de la variation de l'aimantation en fonction de la température à l'aide d'un magnétomètre à SQUID. Cependant, ces mesures peuvent s'avérer très délicates dans le cas des métalloprotéines. La spectroscopie RPE constitue pour certains systèmes une alternative appropriée. C'est dans ce cadre qu'une étude approfondie de complexes dinucléaires de Mn(II) a été entreprise. L'analyse détaillée des signaux recueillis entre 4 et 30 K a ainsi permis de déterminer l'interaction d'échange entre les deux ions Mn(II) mais aussi d'estimer la distance entre ces deux ions. La connaissance de ces deux paramètres permet de conclure quant à la nature du pont chimique entre les deux centres métalliques. Cette étude particulière de deux complexes modèles a permis de mettre au point une méthodologie d'étude qui est généralisable à tout système dinucléaire, et en particuler au sein d'une protéine. |
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| Collaborations |
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| Marie-Noëlle Collomb, Département de Chimie Moléculaire, UJF, Grenoble Carole Duboc, Laboratoire des Champs Magnétiques Intenses, Grenoble Ally Aukauloo, Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay |
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| Publications liées à la thématique de recherche |
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Hureau C, Groni S, Guillot R, Blondin G, Duboc C and Anxolabéhère-Mallart E |
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| Autre publication |
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Groni S, Hureau C, Guillot R, Blondin G, Blain G and Anxolabéhère-Mallart E |