Complexes binucléaires de cuivre, modèles de métalloenzymes

Binuclear copper complexes model of metalloenzymes

• Auteur / Autrice : Olivier Schicke
• Direction : Marius Réglier, Bruno Faure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phosphatases

Cyclophanes

Cuivre

Monooxygénases

Résumé

Les monooxygénases à cuivre, enzymes impliquées dans le métabolisme de l'oxygène moléculaire, sont d'une importance capitale dans de nombreux systèmes vivants. Parmi elle, la dopamine β-hydroxylase(DBH), joue un rôle majeur dans la biosynthèses des catécholamines, neurotransmetteurs du système nerveux central et périphérique. Le mécanisme d'action de cette enzyme n'étant pas totalement déterminé, de nombreux modèles structuraux et fonctionnels ont été proposés. L'objectif de cette thèse est de proposer des modèles biomimétiques de la DBH en combinant deux domaines de la chimie. La première est la chimie supramoléculaire permettant de reproduire l'interaction enzyme-substrat. La seconde, la chimie inorganique qui permettra la synthèse d'analogues de site actif. Deux modèles combinant une partie reconnaissance hydrophobe de type cyclophane, et un centre métallique bicuivre, ont été synthétisés. De nombreux intermédiaires ont été totalement caractérisés, renseignant ainsi sur la conformation, l'espace disponible, et le type d'interactions, intra et intermoléculaires, présents dans ces composés. De plus, une molécule de chloroforme a pu être cocristalisée à l'intérieur d'une des cavités. Un de ces modèles binucléaires a été testé dans la réaction d'hydrolyse de phosphodiesters. Bien que présentant une cinétique inattendue (l'effet tensioactif du BNPP permettrait d'augmenter l'accessibilté aux sites actifs du complexe 18, ceci se traduisant par une courbe cinétique d'allure sigmoïde), une activité cinq fois supérieure à celle de deux équivalents d'un complexe mononucléaire a été mise en évidence. Cette différence d'activité peut s'expliquer par l'influence du ligand hydrophobe sur la réactivité, ou une synergie entre les deux ions cuivriques lors de l'hydrolyse.

Copper monooxygenases involved in dioxygen metabolism, are important in numerous living systems. Dopamine β-monooxygenase (DBM) plays a major role in catecholamine biosynthesis, central and peripheral nervous system neurotransmitters. The mechanism of enzymatic action is not totally described, so many structural and functional models have been proposed. The aim of this thesis is to combine two chemistry's domains in order to prepare biomimetic models of DBM. These two domains are supramolecular chemistry, to mimic enzyme-substract complex, and inorganic chemistry, to synthesise analogous active sites. Two models combining a cyclophane-type hydrophobic pocket and a binuclear copper centre have been synthesised. Many intermediate and final products have been totally described (X-ray diffraction, IR, NMR. . . ), informing on conformation, space available, and intra- and intermolecular interactions in these compounds. Moreover an intermediate cyclophane was co-cristallised with a chloroform molecule inside the cavity. One of these binuclear models has been checked in phosphodiesters hydrolysis reaction. Despite an unexpected kinetic curve appearance (tensioactive effect of BNPP may increase active sites availability of complex 18) binuclear complex 18 showed a higher activity (5x) than a mononuclear copper complex (two equivalents). This higher activity can be explained either by hydrophobic interactions increasing the rate of reaction, or synergic effect of the two copper ions (binuclear structure) on hydrolysis.