1 grenoble mardi 13 décembre 2005 thèse préparée au sein de léquipe de chimie biomimétique...

1

Grenoble Mardi 13 décembre 2005

Thèse préparée au sein de l’équipe de Chimie Biomimétique (L.E.D.S.S.) sous la direction du Pr. Jean-Louis PIERRE et du Dr. Fabrice THOMAS

Association cuivre-radical phénoxyle:chimie en solution et modèles bio-inspirés

de la Galactose Oxydase

2

Métalloenzymes à cuivre

Type IMononucléaire

Transfert d’électron Cupro-Protéines Bleues

Type IIMononucléaire

Activation de O2 Catalyse réactions redox

Galactose Oxydase

Type IIIDinucléaire

Activation de O2

oxygénationCatéchol Oxydase

AutresPolynucléaire

Méthane Mono-OxygénaseAscorbate Oxydase

Type CuA

DinucléaireTransfert d’électron

Cytochrome - C - Oxydase

3

La Galactose Oxydase (GO): une association originale entre un métal et un radical organique

O.

CuII

R-CH2-OH

O2

H2O2

R-CHO

R-CH2-OH

R-CHO

O2 H2O2

4

La Galactose Oxydase (GO)

Isolée sous 7 états différents:

Structure cristallographique

Avec le cuivre

Pro GO

Apo GO

Apo GO oxydée

Sans le cuivre

Mécanisme catalytique

Forme inactive Ar-O-Cu(II)

Forme active oxydée Ar-O-Cu(II)

Forme active réduiteAr-O-Cu(I)

GO native

.

Maturation

Localisation du radical

5

Structure cristallographique de la forme inactive

Ito N., Phillips S.E.V., Yadav K.D.S., Knowles P.F., J. Mol. Biol., 1994, 238, 794

Lien covalent entre Tyr-272 et Cys-228: rôle important dans la réactivité de la formeradicalaire (forme active oxydée)

Cu(II)

Tyr-272

Tyr-495

His-581

Acétate

N

O

O

S

O

His-496

N

Cys-228

6

Caractéristiques UV-Vis et RPE de la forme inactive et active oxydée

►RPE (30 K, tampon phosphate): système typique d’un centre

mononucléaire de Cu(II)

►UV-Vis (298 K, tampon phosphate): bandes de transfert de charge tyrosinate-Cu(II) à 438 nm et

transition d-d à 625 nm

►RPE (30 K, tampon phosphate): silencieuse: couplage anti-ferromagnétique entre le spin du cuivre et du radical

►UV-Vis (298 K, tampon phosphate): bandes intenses à 445 et 800 nm attribuées aux transitions π - π * du radical

Forme inactive

His-496

Tyr-272

N

OSolvant

Cu N

OH

S

Tyr-495

Cys-228

IINHHN

His-581

Forme active oxydée

His-496

Tyr-272

N

OSolvant

Cu N

O

S

Tyr-495

Cys-228

.+

IINHHN

His-581

7

Spectre UV-Vis de la forme inactive et active oxydée

Forme inactive: bandes de transfert de charge et transitions d-d

Forme active oxydée: transition π - π* du radical tyrosinyle

8

Obtention de la forme active oxydée à partir de la pro-GO et de cuivre:

► Incorporation du cuivre► Formation de la liaison covalente entre la Cys-228 et la Tyr-272 ► Formation du radical tyrosinyle couplé au cuivre

Maturation de l’enzyme

Pro GO

Maturation?

►Addition de Cu(II) en aérobie: formation lente de la forme active oxydée (t1/2 réaction = 5 h)

►Addition de Cu(I) en aérobie: formation rapide de la forme active oxydée (t1/2 réaction = 4 s)

M.M.Whittaker and J.W.Whittaker J. Biol. Chem., 2003, 278, 22090

Forme active oxydée

His-496

Tyr-272

N

OSolvant

Cu N

O

S

Tyr-495

Cys-228

.+

IINHHN

His-581His-496

HO Tyr-272

N N

OH

Tyr-495

Cys-228

NHHNHis-581

SH

9

Modèles biomimétiques

- Manipulation plus aisée que l’enzyme

- Relation structure moléculaire/ propriétés spectroscopiques(modèles structuraux)

- Reproduire la réactivité(modèles fonctionnels)

Modèles bio-inspirés

- Connaître l’objet de « base »

- Inspiration

- Entité nouvelle avec des propriétés structurales et fonctionnelles inédites

Modélisation du site actif de métalloenzymes

10

Les complexes dérivés de ligands tripodaux de type N3O

Les complexes dérivés de ligandstripodaux de type N2O2

Les complexes salenLes complexes dérivés de triazacyclononanes (TACN)

Modélisation du site actif de la Galactose Oxydase

11

Modélisation du site actif par les complexes synthétiques:Modèles tripodaux de type N3O et N2O2

(His)

(His)

S

(Tyr)

(Tyr) H

N

ON

Cu S

O

modèles tripodaux de type N2O2

O

N

ON

Cu S

modèles tripodaux de type N3O

N

N

ON

Cu S N Cu S

NN

O

S = solvant ou contre-ion

12Rajendra U., Viswanathan R., Palaniandavar M., Laksminarayanan M., J. Chem. Soc. Dalton Trans., 1992, 3563.

Modélisation de la tyrosine axiale et des propriétés spectroscopiques de la forme inactive

Modèles biomimétiques de type N3O

NO2

OHN

NN

13Thomas F, Gellon G., Gautier-Luneau I., Saint-Aman E., Pierre J. L., Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 114, 3173

Premier modèle à la fois structural du site actif de la forme inactive et fonctionnel de la forme oxydée

Modèles biomimétiques de type N2O2

OMe

OHN

N OH

O2N

O

N

O.+

N

Cu S

H

O2N

MeO

14

Modèles bio-inspirés de type TACN et salen► TACN: le cuivre(II) est dans un environnement pyramide à base carrée avec les phénolates systématiquement en position équatoriale

N

OH

N

HOBut

tBu But

tBu

► Salen: le cuivre(II) est dans un environnement plan carré distordu vers le tétraédre

Bill E., Müller J., Weyhermüller T., Wieghardt K.,Inorg. Chem., 1999, 38, 5795.

Thomas F., Jarjayes O., Duboc C., Philouze C., Saint-Aman E., Pierre J. L., Dalton Trans., 2004, 2662.

CuII

O O.+ .+Deux premiers systèmes bis (radical phénoxyle)-Cu(II):

N

N N

OH

tBu

OMe

OH

But

OMe

15

Nos objectifs- Choix structuraux- Préparation des complexes radicalaires par voie électrochimique- Sélectionner le ou les ligands conduisant à des complexes radicalaires stables

Approche biomimétique de la maturation de la GO

Etendre cette association à des systèmesinédits bio-inspirés emmagasinant

3 et 4 équivalents oxydants

Association radical phénoxyle-Cu(II)

Cu2+ O-Ar+.

IIO

.Ar

CuCuII

+

II IIO

.

Cu CuO

.Ar

Ar

++

16

1- PREPARATION DES COMPLEXES RADICALAIRES (VOIE CLASSIQUE)Choix du type de ligandPréparation et caractérisation des complexes précurseursPréparation et caractérisation des complexes radicalairesLes complexes radicalaires les plus stables

2- MODELISATION DE LA MATURATION DE LA GOAjout de cuivre(II) aux ligands tripodaux en présence d’une baseLa RMN 19F, un outil complémentaire et efficace

3- MODELES BIO INSPIRES DE LA GOComplexes bio-inspirés stockant trois équivalents oxydants

4- CONCLUSION ET PERPECTIVES

PLAN

17

Choix structuraux: ligands tripodaux de type N3O

- Modifier la structure du ligand et les propriétés électroniques du phénol- Oxydation centrée sur le phénol

R3

CZ2N(CH2)y

N

N

R2

R1

OH

- OMe- tBu

- OMe- tBu- F- CF3

- NO2

- Benzimidazole- Benzimidazolium

-6 méthylpyridine-6 fluoroquinoléine

-bras méthylpyridine-bras éthylpyridine

- Z = H- Z = D

Synthèse de 14 ligands

18

Exemples de ligands synthétisés

Modifications des substituants sur le phénol:

Modifications autres que sur le phénol:

OH

N

OMe N

N

N NH

OH

N

N

N

OMe

MeO

OH

N

N

N

DD

OMe

OH

N

N

N

OH

N

OMe

N

NF

OH

N

N

N

NO2

19

Structures des complexes du Cu(II) synthétisés La structure du complexe dépend du substituant en ortho du phénol:

Obtention de 28 complexes du Cu(II)

Substituant méthoxyle:

Complexe monomère [LCu]

Substituant tertiobutyle:

Sel de Cu(II)

Complexe dimère [L2Cu2]

R2

O

OMeNN

Cu

N

R2

O

MeON N

Cu

N

2+

Complexe phénolate [LCu]

Complexe phénol [HLCu]

sans Et3N avec Et3N

CZ2

N

R2

tBu

O

(CH2)yN

N

CuNCCH3R3

+

CZ2

N

R2

tBu

OH

(CH2)yN

N

CuNCCH3R3

2+

20

Caractérisation des complexes monomères par diffraction des RX

N

tBu

ON

N

CuNCCH3

NHHN

N

tBu

OHN

N

CuNCCH3

NHHN

2,15 Å

2,51 Å

21

Cas de la quinoléine fluorée:

Complexe phénol: arrangement « classique »

Complexe phénolate: l’oxygène phénolique est en position équatoriale ; l’azote de la quinoléine est en position apicale

1,90 Å

OH

N

N

N

F

NO2

22

Environnement de type pyramide à base carrée relativement distordue, avec les oxygènes phénoliques en position axiale

Caractérisation des complexes dimères par diffraction des RX

OMe

O

OMeNN

Cu

N

OMe

O

MeON N

Cu

N

23

Caractérisation par spectroscopie RPE en solution gelée (100 K)

Complexes monomères Complexes dimères

- Transitions Ms = ± 1 avec structure hyperfine due au couplage du spin électronique avec le noyau du cuivre (I = 3/2): 4 raies

- Transitions Ms = ± 1- Transitions interdites Ms = ± 2

260 280 300 320 340

dX''dB

B / mT

100 200 300 400 500

dX''dB

B / mT

24

Caractérisation par spectroscopie UV-Vis en solution (298 K)

- Complexe phénol Ar-OH---Cu: transition d-d (500-900 nm)

- Complexe phénolate Ar-O---Cu: bandes de transfert de charge phénolate-Cu(II) (400-500 nm) et transition d-d

300 400 500 600 700 800 9000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

A

/ nm

COMPLEXE PHENOLATE COMPLEXE PHENOL

25

Comportement électrochimique: voltammétrie cyclique

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0-60-40-20

020406080

100120

i A

E / V (Fc+/Fc)

Complexes phénolsAr-OH---Cu

Oxydation irréversible à deux électrons centrée sur le phénol:phénol phénoxonium

phénol phénoxonium

Epa

-0.2 -0.1 0.0 0.1-40

-20

0

20

40

60

i A

E / V (Fc+/Fc)

Complexes phénolatesAr-O---Cu

Oxydation réversible ou irréversible à un électron centrée sur le phénolate: Ar-O---Cu Ar-O ----Cu

phénolate phénoxyle

Epa

Epc

phénoxyle phénolate

.+

26

► Présence de substituants électro-attracteurs sur le phénolate (NO2, benzimidazole, CF3, F):- diminution de la réversibilité du système- augmentation considérable du potentiel d’oxydation

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,80,0

0,2

0,4

0,6

0,8

Ep

a

p

+ Hammett

tBu OMe F CF

3

NO2

Comportement électrochimique des complexes phénolates

► Présence de substituants électro-donneurs sur le phénolate (OMe, tBu):- systèmes réversibles- potentiels d’oxydation faibles

► Corrélation linéaire entre le potentiel d’oxydation Epa des complexes et p

+ de Hammett :

27

Complexes radical phénoxyle-Cu(II)

►Obtention: électro-oxydation au potentiel Epa des complexes phénolates

monomères ou dimères à -40°C, sous gaz inerte

● Complexes monomères radicalaires:

► Caractérisation des complexes radicalaires: ● Spectroscopie UV-Vis ● Spectroscopie RPE ● Stabilité (temps de demi-vie)

CZ2

N

R2

R1

O

(CH2)y

N

N

Cu

SR3

2+

.+

28

Ar-O.+Cu2+

Caractérisation par spectroscopie UV-Vis et RPE

Présence de bandes absorption intenses vers 400 nm et 700 nm attribuées aux transitions π–π* du radical phénoxyle

Spectroscopie UV-Vis (243 K)

400 500 600 700 8000.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

A

/ nm

O-Ar+.

Couplage ferromagnétique entre le spin du radical et celui du cuivre (S = 1): transitions interdites Ms = ± 2

Spectroscopie RPE (4 K)

100 200 300 400 500

dX''dB

B / mT

29

Z = DLimite la dégradationpar couplage radicalaire

Stabilisation par des substituants électro-donneurs

Stabilisation par dessubstituants encombrants

Peu d’influence sur la stabilisation

CZ2

N

R2

R1

O

(CH2)y

N

N

Cu

SR3

2+

.+

Stabilité des complexes radicalairesTemps de demi-vie de 0,7 min à 230 min à 25°C

t1/2 = 230 min à 25°C

OMe

ON

N

N

Cu

NCCH3

.+tBu

t1/2 = 120 min à 25°C

OMe

ON

N

N

Cu

NCCH3

.+D D

tBu

Bonne réactivité vis-à-vis de l’oxydation d’alcool primaire

30

1- PREPARATION DES COMPLEXES RADICALAIRESChoix du ligandPréparation et caractérisation des complexes précurseursPréparation et caractérisation des complexes radicalaires

2- MODELISATION DE LA MATURATION DE LA GOAjout de cuivre(II) aux ligands tripodaux en solution en présence de baseLa RMN 19F, un outil complémentaire et efficace

3- MODELES BIO INSPIRES DE LA GOComplexes bio-inspirés stockant trois équivalents oxydants

PLAN

31

Expériences réalisées:

► Addition de Cu(I) au ligand, puis exposition à l’air

► Addition de Cu(II) au ligand sans base (aérobie)

► Addition de Cu(II) au ligand avec base (aérobie ou anaérobie)suivi par spectroscopie UV-Vis

Maturation

Forme active oxydée

His-496

Tyr-272

N

OSolvant

Cu N

O

S

Tyr-495

Cys-228

.+

IINHHN

His-581His-496

HO Tyr-272

N N

OH

Tyr-495

Cys-228

NHHNHis-581

SH

Pro-GO

Modélisation de la maturation de l’enzyme

Cuivre / O2

?

ligand

OMe

OHN

N

N

tBu

OMe

ON

N

N

tBu

Cu

.+

S

Complexe radicalaire

32

Addition progressive de Cu(II) au ligand en présence de triéthylamine

400 500 600 700 800 9000,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

A

/ nm

► Première étape: de 0 à 1 équivalent de Cu(II) ajouté / ligand (- 40°C, CH3CN)

Apparition des bandes de transfertde charge du complexe phénolate

OMe

O

tBuN

N

NCu

NCCH3

OMe

OH

tBu

NN

N

1 Cu(II) + 1 Et3N +CH3CN

+ 1 1 Et3NH1

33

Addition de Cu(II) en présence de triéthylamine

► Deuxième étape: de 1 à 2 équivalents de Cu(II) ajouté / ligand (- 40°C, CH3CN)

400 500 600 700 800 9000,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

2,4

A

/ nm

Disparition des bandes de transfert de charge du complexe phénolate

Apparition de bandes très intenses vers 400 nm attribuées aux transitions π-π* du radical phénoxyle

OMe

O

tBuN

N

NCu

NCCH3

CH3CN1 .+

OMe

O

tBuN

N

NCu

NCCH3

1

Rôle oxydant du métal

+ Cu(II) + Cu(I)

Comportement observé pour tous les ligands ayant conduit à des complexes radicalaires stables par oxydation électrochimique

34

CH3CN

1 Cu 2+

1 Et3N 1 Cu 2+

CH3CN

OMe

OH

tBuNN

N

OMe

O

tBuN

N

NCu

NCCH3

.+

OMe

O

tBuN

N

NCu

NCCH3

Complexe phénolate

1 Cu 2+

CH3CN 1 Cu 2+

CH3CN

OMe

OH

tBuN

N

NCu

NCCH3

Complexe phénol

SANS Et3N

35

NHN

ON

N

N

NHN

ON

N

N

H+

-H

Optimisation du modèle: introduction d’une base endogène

NHN

OHN

N

N

- Stabilise les radicaux phénoxylessans le métal- En para : éviter d’interférer avecla complexation

- Eviter la formation de dimère- Stabiliser le radical

Choix du ligand:

État de protonation:

RMN 2D (DMSO):Séquences GHMQC et GHMBC

36

Addition de Cu(II)

1 Cu (II)NHN

OHN

N

N

400 500 600 700 8000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

A

/ nm

1 Cu (II)

(- 40°C, CH3CN)

Complexe électro-généré

OHN

N

N

NHN

+ON

N

NCu

NCCH3

NH +HN

.+

II

II2 Cu +I1 Cu

37

Comparaison Enzyme / Modèle

-2 H+

-2 e-

+ Cu(I)

+ Cu(II)

OMe

OHtBu

NN

N

1 O2

1 Et3N / Benzimidazole 1 Cu(II)

- 1 H+

- 1 e-

BaseOxydant

BaseOxydant

.+

OMe

OtBu

N

N

NCu

NCCH3

II

His-496HO

Tyr-272

N N

OH

Tyr-495

NHHN

His-581

SCys-228

His-496

Tyr-272

N

OSolvant

Cu N

O

S

Tyr-495

Cys-228

.+

IINHHN

His-581

H2O2

38

La RMN 19F: un outil original et efficace pour l’étude en solution de complexes paramagnétiques de cuivre

Marquages utilisés:

►Détermination d’une constante de vitesse d’échange entre un complexe phénol et de son homologue phénolate par une expérience en température variable

► Formation du radical phénoxyle par ajout de Cu(II) à basse température

NO2

OHN

N

N

F

F

OHN

N

N OHN

N

N

F FF

F

OMe

OHN

N

N

39

NO2

OHN

N

N

F

Cu

NC

CD

3

NO2

ON

N

N

F

Cu

NC

CD

3

Mis en évidence de l’équilibre rapide entre les complexes phénol et phénolate dans CD3CN (Réf: C6F6)

10 ppm

1520253035404550556065707580859095100

= 53,7 ppm

10 ppm

1520253035404550556065707580859095100

= 51,3 ppm

Mélange équimolaireEquilibre proche de la coalescence à 25°C

10 ppm

1520253035404550556065707580859095

= 49,0 ppm

100

40

10

ppm

1520253035404550556065707580859095100

= 51,3 ppm

Déterminer la constante de vitesse k par une expérience en température variable sur un mélange équimolaire des deux complexes dans CD3CN/CH3CH2CN (1/2):

k

k -1

NO2

OHN

N

N

F

Cu

NC

CD

3

NO2

ON

N

N

F

Cu

NC

CD

3

NO2

OHN

N

N

F

Cu

NC

CD

3

NO2

ON

N

N

F

Cu

NC

CD

3

+ +

41

Coalescence à Tc = -47°C

kc = π . / 21/2

k à -47°C = 3135 s-1

Détermination de la constante de vitesse

ppm152025354045505560707580859095 65 30 10100

5°C

-8°C

-21°C

-33°C

-44°C

-46°C

-49°C

-59°C

-65°C

-72°C = 49,0 = 53,7

Température = 51,3

42

Transfert du proton couplé au réarrangement quinoléine axiale / quinoléine équatoriale

Interprétation

Complexe phénol Complexe phénolate

NO2

OHtBu

N

N

N

F

Cu

NC

CH

3

NO2

O

tBuN

N

N

F

Cu

NC

CH

3

k

k-1

43

OMe

O

tBuN

N

N

F

Cu

NC

CH

3

Formation in situ du radical phénoxyle

Addition Cu(II) sur le complexe phénolate et enregistrement de spectres en fonction du nombre d’équivalents de cuivre ajouté

44 ppm1520253035404550556065707580859095 10100

1

0.75

0.5

0.25

0

0.05

= 49,0

= 53,7

eq Cu(II)

Formation in situ du radical phénoxyle (CD3CN ; -35°C)

Cu(II) Cu(I)

OMe

O

tBuN

N

N

F

Cu

NC

CD

3

OMe

O

tBuN

N

N

F

Cu

NC

CD

3

.+

45

1- PREPARATION DES COMPLEXES RADICALAIRESChoix du ligandPréparation et caractérisation des complexes précurseursPréparation et caractérisation des complexes radicalaires

2- MODELISATION DE LA MATURATION DE LA GOAjout de cuivre(II) aux ligands tripodaux en présence de baseLa RMN 19F, un outil complémentaire et efficace

3- MODELES BIO-INSPIRES DE LA GOComplexes bio-inspirés stockant trois équivalents oxydants

PLAN

46

Les différentes possibilités

Emmagasiner trois équivalents oxydants: 2 possibilités

?

O-Ar+.

Ar-O.+Cu2+

O-Ar+.

Cu2+Cu2+

O-Ar+.

CuO O

N N

N

OMeMeO

.+.+tButBu

N

O

N

O tBuButCu .+.+

tButBu

47

OH

OMe

N

NN

Choix structuraux: un ligand dérivé des modèles tripodaux N3O

Ligand L dinucléant maintenu par un lien:

- Maintient de la structure par le phénol commun

- Groupement OMe électrodonneurs stabilisant

- Deux sites de complexation identiques de type N3O

N

NN

48

Synthèses et caractérisations des complexes (CH3CN)

L

2 Cu2+

CH3CN1 eq Et3NON

OMe

N

N

N

N

N

Cu Cu

CH

3CN

CH

3C

N

2 Cu2+

CH3CN2 eq Et3N

ON

OMe

N

N

N

N

N

Cu CuOH

400 500 600 700 800 900 10000,0

0,2

0,4

0,6

0,8

A

/ nm400 500 600 700 800 900 1000

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

A

/ nm

-Bandes de transfert de charge-phénolate-Cu(II)-Transitions d-d

-Bandes de transfert de charge-phénolate-Cu(II)-Transitions d-d

100 200 300 400 500

dX''dB

B / mT100 200 300 400 500

dX''dB

B / mT

Stot = 1 Stot = 0

-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

i /A

E / V (Fc+/Fc)-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

-10

0

10

20

30

40

50

i /A

E / V (Fc+/Fc)

-phénolate -phénoxyle -phénolate -phénoxyle

Epa Ep

a

Epc Ep

c

49

400 500 600 700 8000,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

A

/ nm

Caractéristiques UV-Vis et RPE des complexes oxydés à 1 électron

Ar-O.+Cu2+ Cu2+

O-Ar+.

Transitions π-π*

Stot = 3/2fondamental

100 200 300 400 500

dX''dB

B / mT

20 40 60 80 100 120 140

X 20

Ms = ± 3

0,1 0,2 0,30

2

4

6

8

10

IMS=3

T-1 / K-1

50

ON

OMe

N

N

N

N

N

Cu Cu

CH

3C

N

CH

3C

N

ON

OMe

N

N

N

N

N

Cu CuOH

Électro-oxydation

ON

OMe

N

N

N

N

N

Cu CuOH

.+ON

OMe

N

N

N

N

N

Cu Cu

CH

3C

N

CH

3C

N

.+

t1/2 = 22 min à 25°C t1/2 < 20 secondes à 17°C

51

► Préparation des complexes biomimétiques radical phénoxyle-Cu(II):

CZ2

N

R2

R1

O

(CH2)y

N

N

Cu

SR3

2+

.+

Voie classique: oxydation électrochimiques des complexes phénolates

Influence prépondérante de R1 et R2 sur la stabilité des complexes radicalaires:STABILISATION par des substituants encombrants (ortho) et électrodonneurs (para)

Conclusion générale

La Galactose Oxydase: Cu2+ O-Ar+.

52

tBuOHN

N

N

NHN

2 Cu(II)+ tBuON

N

NCu

NCCH3

NH +HN

.+

Modèle, a posteriori bio-inspiré, de la maturation de l’enzyme

► Modélisation de la maturation de la GO:

complexation Oxydation

OMe

OH

tBuNN

N

.+

OMe

O

tBuN

N

NCu

NCCH3

OMe

O

tBuN

N

NCu

NCCH3

1 Cu(II) 1 Cu(II)

Et3N

53

► Extension à des modèles bio-inspirés stockant trois équivalents oxydants

ON

OMe

N

N

N

N

N

Cu Cu

CH

3C

N

CH

3C

N

.+ON

OMe

N

N

N

N

N

Cu CuOH

.+

S = 3/2 fondamental

Ar-O.+Cu2+ Cu2+

O-Ar+.

54

► Greffage des ligands sur support solide

► Pourquoi un deuxième équivalent de Cu(II) est-il nécessaire?

► Réactivité des complexes emmagasinant trois équivalents oxydants

Perspectives

N

N

N

OH

55

Remerciements

Pr. Jean-Louis PIERRE

Dr. Fabrice THOMAS

Dr. Sylvain HAMMAN

Dr. Catherine BELLE

…

56

stop 0+ -

57

HO

Tyr-272

OH

Tyr-495

Cys-228SH

Cu1+

O O. .

HO

OH

Tyr-495

Cys-228S

Cu2+

OO .

H

HO

OH

Tyr-495

Cys-228S

Cu2+

OO

H .

Formation du lien covalent (CuI)

HO

OH

Tyr-495

Cys-228S

Cu2+

OO

H.

H

HO

OH

Tyr-495

Cys-228S

Cu1+-H2O2

58

Formation du radical (CuI)

O O. .

-H2O2

.HO

OH

Tyr-495

S

Cu1+

Cys-228

HO

OH

Tyr-495

Cys-228S

Cu2+

OO

O

O

Tyr-495

Cys-228S

Cu2+

.O

OH

Tyr-495

Cys-228S

Cu2+

OO

H

.

59

Formation du lien covalent et radical (CuII)

-H2O2

O

OH

Tyr-495

Cys-228S

Cu1+

.

O O. .

.HO

OH

Tyr-495

Cys-228

SH

Cu2+

O

OH

Tyr-495

Cys-228

SH

Cu1+BASE

O

OH

Tyr-495

Cys-228SH

Cu2+

60N3O: réaction lente avec O2:antidismutation avec

LN2O2 + CuII

0,5 LCuII + 0,5 CuI + 0,5 L.

LN3O + CuII

LCu

?LCuII LCuII + CuI

.?CuII

CuI + L

N2O2: réaction très rapideavec O2

LCuII

LCuII .

0,5 LCuII .

LCuI

OK

OK

OK

61

62

HO

HS

Cu(I)

2 H2O2

OH

O

S

Cu(II)

O2 O2 + 4 H+ + 4e-Tyr-272

Cys-228

Tyr-495

Tyr-272

Cys-228

Tyr-495

.

H

63

Potentiels V vs Fc+/Fc

EoO2/H2O = 0,60 (eau)

EoO2/H2O2 = 0,03 (eau)

ECuII/CuI = ~ 0,80 (acétonitrile)

0,15 < EComplexe radicalaire/Complexe phénoate < 0,83 (acétonitrile)

ELCuI/LCuII = - 0,50 (acétonitrile)

EoGOox/GOinac = - 0,20 (eau)

EoGOinac/GOred = - 0,40 (eau)

64

Pro-séquence N-terminale: A V G T G I P E G S L Q F L S L R

65

66

67

Glyoxale Oxydase

RCHO + H2O + O2 RCO2H + H2O2