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Laboratoire | Chimie


LBMS

Résonance magnétique à hauts champs pour la biologie

Publié le 6 avril 2017
La RPE-HC (Résonnance paramagnétique électronique à hauts-champs) est un outil biophysique très puissant pour étudier les centres magnétiques des systèmes biologiques. Elle permet, en s’appuyant sur un ensemble de techniques de RPE-HC, de déterminer la position et la liaison des radicaux et des ions métalliques ainsi que la structure des biomacromolécules. 

 

Responsable

Sun UN
01 69 08 28 42
sun.un@cea.fr

 


 


Cette équipe fait partie de l'I2BC.

La résonance magnétique à haut champ

L’équipe est spécialisée dans l’application des techniques de la résonance magnétique à haut champ et de la résonance paramagnétique électronique à haut-champ (RPE-HC) à la résolution de problèmes d’ordre physique, chimique et biologique. Ceci implique une gamme d’activités très variées, allant de la conception et la construction d’instruments, à la chimie quantique et synthétique, à la biochimie et la biologie moléculaire. Elle a travaillé sur des projets concernant la chimie de l’environnement, les protéines de grande taille et les aimants biologiques avec des collaborateurs partout dans le monde.

Investigations biochimiques principales

Les investigations biochimiques principales sont centrées sur la caractérisation de radicaux et de centres Mn(II) dans les protéines. Ces deux domaines sont étroitement liés à la recherche sur le stress oxydatif et la photosynthèse. La liste des protéines à Mn(II) étudiées s’allonge progressivement et comprend maintenant les protéines impliquées dans la régulation et le transport du manganèse dans les cellules ainsi que de nombreuses autres fonctions biologiques importantes allant de la régulation du stress oxydatif et la virulence bactérienne à la dégradation de molécules organiques. La méthodologie a été adaptée afin de pouvoir caractériser ces centres paramagnétiques à l’intérieur de cellules vivantes intactes.

 


L’équipe a acquis une expérience considérable dans le domaine de la synthèse des complexes Mn(II), sur laquelle elle s’appuie pour comprendre la spectroscopie RPE des protéines à Mn(II). Parmi ces complexes, certains sont des mimétiques fonctionnels qui permettent d’étudier les mécanismes des protéines à Mn(II) et d’identifier les principes nécessaires à la conception de médicaments à base de métaux capables de mimer ces enzymes. Les méthodes de la chimie quantique sont utilisées pour compléter les mesures de RPE-HC et calculer, à partir des principes premiers, les structures et les paramètres des spins magnétiques ; les méthodes de la biologie moléculaire quant à elles sont utilisées pour confirmer les mesures spectroscopiques et les calculs quantiques ainsi que pour étudier certains aspects des fonctions enzymatiques.

Double Résonance Electronique Pulsée

Récemment, les techniques de RPE-HC PELDOR (Double Résonance Electronique Pulsée) ont été appliquées pour déterminer la structure de macromolécules biologiques et leurs changements structurels. En mesurant le couplage du dipôle magnétique entre électrons non appariés, il est possible d’obtenir des distances nanométriques précises. Les centres paramagnétiques peuvent être présents de façon endogène dans le système biologique ou introduits par étiquetage de spin. Actuellement, de nouvelles étiquettes de spin et protocoles spectroscopiques sont développés pour diverses applications.  

 
Figure 1. Spectres RPE haut champ de Superoxyde Dismutases à Manganèse(II)  dans trois états différents. Le spectre de la protéine native est montré en rouge. Il existe deux sites différents au niveau desquels les ligands exogènes interagissent avec la protéine. Lorsque le ligand est dans le site distal, le centre Mn(II) reste pentacoordonné et donne le spectre vert. Par contre, dans le site proximal, le ligand coordonne le Mn(II) ce qui produit un centre hexacoordonné et donne un signal caratéristique à six lignes étroites (spectre bleu).
© Sun UN / CEA

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