Transfert de charges dans les systèmes biologiques

Charge transfer in biological systems

• Auteur / Autrice : Hélène Colas
• Direction : Pedro De Oliveira
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ferredoxines

Cytochrome P450

Bioélectrochimie

Mots clés libres

Méthyle cellulose

Résumé

L'obtention et la transformation d'énergie dans les êtres vivants se font grâce à des phénomènes de transfert d'électron entre molécules biologiques, tels que ceux qui ont lieu entre les différentes protéines constituant les systèmes des cytochromes P450. Ces systèmes sont composés de ferredoxines réductases (FdR), de ferredoxines (Fdx) et de cytochromes P450 (Cyt P450), des biomolécules susceptibles d'être étudiées par électrochimie. Dans le cas des FdRs, un couple redox, attribué au système FAD/FADH2, a été observé autour de E0',= -0,50 V/ECS, le résultat étant cohérent avec la réponse observée en présence d'un médiateur redox approprié. Les Fdx, qui contiennent des centres [FeS], ont donné une réponse prometteuse vers E0'= -0,45 V/ECS. Le groupement hème du Cyt P450 a été détecté à E0'= -0,37 V/ECS. Ceci a été confirmé par l'influence de ligands chargés fer sur la réponse électrochimique: E0', se décale vers des potentiels plus cathodiques pour des ligands chargés négativement (CN-, N3-) et inversement pour des ligands électrophiles (CO, O²), Une interaction efficace entre une Fdx et le Cyt P450 se traduit par un courant de réduction accru à des potentiels plus favorables. Plusieurs substrats entraînent un déplacement de E0' et sont aussi responsables d'un changement de l'état de spin de l'atome de Fe de l'hème de la protéine. Cela semble montrer que la modulation des propriétés physico-chimiques de l 'hème implique une association intime entre le substrat et l 'hème, le premier étant très probablement dans le voisinage proche de la sphère de coordination du Fe. Le développement de capteurs électrochimiques pour la détection et le dosage de ces substances est, donc, envisageable.

The production and the transformation of energy in living organisms are intimately linked to electron transfer phenomena between biological molecules, such as those taking place between the different proteins constituting the cytochrome P450 systems. These systems are composed of ferredoxine reductases (FdR), ferredoxines (Fdx) and cytochromes P450 (Cyt P450), all these biomolecules being susceptible ofbeing studied by electrochemistry. Ln the case FdRs, a redox couple attributed to the system FAD/FADH2 has been observed around E0’= -0,50 V/ECS, the result being coherent with another response obtained with an appropriate redox mediator. The Fdx, which possess [FeS] centres, have given a promising response around E0’= -0,45 V/ECS. The haem prosthetic group of Cyt P450 has been detected at E0’= -0,37 V/ECS. This has been confirmed by the influence of iron ligands on the electrochemical response: E0’ shifts towards more cathodic potentials with negatively charged ligands (CN-, N3-) and inversely with electrophilic ligands (CO, O2). An efficient interaction between a Fdx and Cyt P450 has been revealed by an enhanced reduction current at more favourable potential values. Several substrates have given rise to E0' shifts and also to haem Fe spin state changes in the protein. This hints at the fact that the modulation of the physico-chemical properties of the haem implies a close association between the substrate and the haem, the former probably being in the close vicinity of the Fe coordination sphere. The development of electrochemical biosensors in order to detect and titrate these substances may be feasible.