Nouvelles potentialités des complexes dinucléaires de fer (III) à pont µ-oxo : vers des nucléases artificielles
L'hydrolyse de la liaison P-O intervient dans des processus cellulaires vitaux. De nombreuses enzymes sont capables de catalyser une telle réaction, souvent par l'intermédiaire de cations métalliques, comme les phosphatases acides pourpres (PAPs) dont le site actif est constitué d'un centre FeIII/MnII à pont µ-OH (M = Fe, Zn ou Mn). Les complexes dinucléaires de fer(III) à pont µ-oxo, de structure voisine de ces sites actifs, hydrolysent des phosphodiesters simples. Notre travail a constitué à améliorer l'efficacité de ces systèmes en hydrolyse de la liaison P-O, par diverses modifications structurales et électroniques, afin de les rendre capables de dégrader l'ADN. Un effort particulier a été également mis en œuvre pour déterminer les paramètres structuraux requis pour mimer les PAPs à savoir la dinucléarité et la dissymétrie du site actif. Pour cela, nous avons étudié la réactivité des complexes dinucléaires de première génération ([Fe2OL4(H2O)2](NO3)4) où L est un ligand du type phénanthroline. Devant la faible variation d'activité observée, nous avons choisi d'introduire une modification structurale rendant les deux atomes de fer distincts en substituant un ligand de ces complexes par un autre ligand bidente. Cette étude, réalisée de façon combinatoire, a mis en évidence la remarquable réactivité des mélanges {[Fe2O(bipy)4(H2O)2](NO3)4 + 1 éq. L} (bipy = 1,10-bipyridine). Nous avons montré spectroscopiquement et cinétiquement que les complexes [Fe2O(bipy)3L(H2O)OH]3+ sont responsables de cette forte efficacité : la différenciation des deux centres métalliques augmente fortement l'affinité complexe/substrat. Ces complexes de deuxième génération sont en outre capables d'hydrolyser l'ADN plasmidique. Notre volonté d'évoluer vers des complexes plus actifs vis-à-vis de l'ADN, nous a portés vers la synthhèse de complexes de troisième génération à reconnaissance spécifique de l'ADN.
The hydrolysis of the P-0 bond represents one of the crucial processes of life. A lot of enzymes (nucleases, phosphatases) are able to catalyse such a reaction, often using metallic cations, as for the purple acid phosphatases (PAPs) in which the active site contains a µ-OH bridged FeIII/MnII center (M = Fe, Zn ou Mn). The µ-oxo bridged iron(III) dinuclear complexes, mimeting the active sites of PAPs, hydrolyse simple phosphodiesters. Our aim consisted in improving the efficiency of the systems, by several structural and electronic modifications of the metal environment, in order to use them as artificial nucleases. Then, we designed new hydrolytic system that better resemble to PAP active site, reproducing the dinuclearity and the dissymetry of the metal center. The reactivity of the first generation dinuclear complexes ([Fe2OL4(H2O)2](NO3)4) where L is a phenanthroline-like ligand has been studied. Since the reactivity was rather poor, we modified the complex structure in order to distinguish the two iron atoms by substituting one ligand of these complexes by a bidentate one. The best hydrolytic systems were selected by a combinatorial method which showed that the mixture {[Fe2O(bipy)4(H2O)2](NO3)4(1) + 1 éq. L} (bipy = 1,10-bipyridine) displays a great activity compare to (1). The complexes [Fe2O(bipy)3L(H2O)OH]3+, spectroscopically fully characterized, are found responsible for this strong efficiency: the difference between the two metallic centers raises strongly the complex/substrat affinity. These second generation complexes are able to hydrolyse plasmidic DNA. To enhance nuclease activity, we developped a third generation of complexes containing a ligand moity with a high affinity for DNA.
Soutenue le 05 juillet 2002 pour obtenir le grade de Docteur de l'Université Joseph Fourier de Grenoble I - Discipline : Chimie
Jury :
Président : Pr. J Lhomme
Rapporteur : G Pratvieil
Rapporteur : M Reglier
Examinateur : JM Latour
Examinateur : Pr. Marc Fontecave
Directeur de thèse : S Ménage
Mots-clés :
Chimie bioinorganique, Fer, complexes dinucléaires à pont µ-oxo
