Chélateurs du fer(III) : approche biomimétique

Biomimetic chelators of iron(III)

• Auteur / Autrice : Nicolas Humbert
• Direction : Anne-Marie Gary
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Antioxydants

Flavonoïdes

Thermodynamique

Cinétique chimique

Sondes fluorescentes

Sidérophores

Polyphénols

Résumé

Le travail de recherche, présenté dans ce mémoire, concerne la chélation du fer(III) par des ligands biologiques et biomimétiques de sidérophores bactériens. La première partie de ce travail a été consacrée à l’étude des propriétés de coordination de la naringénine, polyphénol des agrumes, avec trois métaux (fer(III), zinc(II) et cuivre(II)) impliqués dans les maladies neurodégénératives. Nous avons montré que le complexe ferrique de la naringénine était le plus stable, tandis qu’une sélectivité significative pour le cuivre(II) par rapport aux autres cations divalents a été observée. Les résultats ont été discutés en termes d’effets bénéfiques ou délétères sur la santé humaine. L’étude cinétique a montré que la capture des espèces Fe(OH)2+, Co2+ et Ni2+ par ce citroflavonoïde suivait un mécanisme à caractère dissociatif de type Eigen-Wilkins. Le deuxième chapitre porte sur les propriétés de coordination de la pyochéline, un sidérophore secondaire, synthétisé par Pseudomonas aeruginosa. Nous avons montré que ce ligand était un chélateur modéré pour le fer(III). La forte affinité de la pyochéline pour le cuivre(II) et le zinc(II) a suggéré le possible rôle de ce sidérophore dans la chélation de métaux divalents chez la bactérie. Les mécanismes, associatif de l’espèce Fe3+ et dissociatif limité par la désolvatation de Fe(OH)2+, qui régissent la capture du fer(III) par la pyochéline ont été mis en évidence. La dernière partie de nos travaux concerne l’étude de tripodes biomimétiques de sidérophores bactériens basés sur des unités de coordination fluorescentes de type phénol-oxazoline. Ces groupements possèdent des propriétés de coordination, d’émission et de marquage chiral. Une série d’analogues synthétiques nous a permis d’évaluer les facteurs structuraux déterminants dans les processus de coordination du fer(III). Nous avons montré, en outre, que ces outils moléculaires pouvaient constituer des biosondes performantes pour le traçage du cation ferrique en solution.

The work presented in this PhD thesis deals with iron(III) chelation by biological chelators and biomimetic ligands of bacterial siderophores. The first part of the manuscript is devoted to the studies of the coordination properties of naringenin, which is a polyphenol of citrus fruit, with three metals (iron(III), zinc(II) and copper(II)) involved in neurodegenerative diseases. We have shown that ferric complexes with naringenin are the most stable, while a selectivity for copper(II) can be observed with respect to the other divalent cations. The results are discussed in terms of benefit or deleterious effects on human health. The kinetic studies showed that the uptake of Fe(OH)2+, Co2+ and Ni2+ by naringenin follows a dissociative Eigen-Wilkins mechanism. The second part of this work is dealing with the coordination properties of pyochelin, a secondary siderophore, excreted by Pseudomonas aeruginosa. Our thermodynamic results indicate that pyochelin is a moderate iron(III) chelator and suggest that pyochelin could play a key role in the bacterial uptake and transport of copper(II) and zinc(II). Two pathways were identified in the chelation mechanism of iron(III) by pyochelin via Fe3+ and Fe(OH)2+. The last part of the manuscript is devoted to the study of biomimetic tripods of bacterial siderophores based on phenol-oxazoline coordination units. These bifunctional units possess coordination, spectrophotometric emission and chiral properties. The tripodal structure of the trisphenol-oxazolin chiral ligands with appropriate spacers allowed us to obtain biomimetic compounds of bacterial siderophores, which are also molecular tools for the development of selective and sensitive biosensors of iron(III).