Synthèse et étude de complexes biomimétiques du site actif des catalases à manganèse : étude mécanistique de la réaction de dismutation du peroxyde d'hydrogène.
Les catalases à manganèse issues de bactéries ont pour rôle biologique de détruire le peroxyde d'hydrogène en catalysant sa dismutation en oxygène et en eau. Leur site actif est composé de deux ions manganèse liés par un carboxylate et deux ligands dérivants de molécules d'eau. Au cours de la réaction de catalase, les ions manganèse oscillent entre les degrés d'oxydation bis-MnII et bis-MnIII. Aucun intermédiaire réactionnel n'est connu ou caractérisé à ce jour. Afin de comprendre le fonctionnement de ces enzymes, nous avons synthétisé deux séries de complexes binucléaires du manganèse. La première série de complexes est basée sur des ligands binucléants de type phénolate, les ions manganèse sont au degré d'oxydation bis-MnII et MnIIMnIII. La seconde série est composée de complexes bis(µ-oxo) de ligands tripodes, les ions manganèse sont au degré d'oxydation bis-MnIII et MnIIIMnIV. Ces complexes ont été caractérisés par diffraction des rayons X, spectroscopies RPE, RMN, U.V. visible et infrarouge, spectrométrie de masse et par mesure de leur susceptibilité magnétique en fonction de la température. La réactivité avec le peroxyde d'hydrogène a été étudiée du point de vue cinétique et mécanistique. Des expériences de marquages isotopiques nous ont permis de proposer un mécanisme réactionnel pour chaque type de complexe. Ces observations ont ensuite été utilisées pour proposer un mécanisme réactionnel pour les catalases à manganèse.
Bacterial manganese catalases are involved in the destruction of hydrogen peroxide through its disproportionation in dioxygen and water. Their active site is composed of a pair of manganese ions bridged by a carboxylate residue and two water-derived ligands. During the course of the catalase reaction, the manganese ions shuttle between the bis-MnII and bis-MnIII oxidation states. No reaction intermediate has ever been detected so far. In order to get a better understanding of the mechanistic pathway of these enzymes, we synthesised two series of binuclear manganese complexes. The first one is based on a binucleating phenolate ligand and involves the oxidation states bis-MnII and MnIIMnIII. The second one consists in dioxo bridged manganese complexes of tripod ligands in the oxidation states bis-MnIII and MnIIIMnIV. All complexes have been characterised by X-ray diffraction, EPR, NMR, U.V. visible and infrared spectroscopies, mass spectrometry and magnetic susceptibility. Reactivity with hydrogen peroxide has been studied both from the kinetic and mechanistic viewpoints. These combined experiments have allowed some key points of the mechanism to be evidenced for both series of complexes and, in turn, to propose an original mechanism for the manganese catalases.
Soutenue le 29 octobre 2001 pour obtenir le grade de Docteur de l'Université Joseph Fourier de Grenoble I - Discipline : Chimie
