Ions métalliques et cavités biomimétiques

Le monde biologique des protéines met en jeu des processus de reconnaissance basés sur de multiples interactions non-covalentes. De nombreuses protéines contiennent un ion métallique qui peut avoir un rôle structural mais peut aussi intervenir directement dans les processus de reconnaissance moléculaire ou même jouer le rôle de catalyseur permettant l’activation de petites molécules biologiques pour la transformation sélective de substrats organiques. Le site actif protéique des métallo-enzymes définit l’environnement du métal (nature des ligands, géométrie du site de coordination), protège les espèces réactives formées, assure une sélection sur la nature du substrat et facilite son acheminement au site actif puis son évacuation après réaction. Une approche pour aborder et étudier ces phénomènes de reconnaissance, de contrôle et de réactivité consiste en l’élaboration de systèmes modèles, c’est-à-dire de systèmes artificiels de faible poids moléculaire reproduisant ou mimant un ou plusieurs aspects préjugés importants dans l’activité biologique.

D’un point de vue fondamental, l’objectif d’un tel travail de modélisation chimique, est multiple :

– étudier le comportement de l’ion métallique ainsi confiné dans une structure macrocyclique contrôlant sa première et sa deuxième sphère de coordination tout en laissant un accès contrôlé d’interaction avec une molécule exogène au système ;

– évaluer l’importance et les conséquences de ce contrôle supramoléculaire sur la réactivité de l’ion métallique ;

– évaluer les effets de milieu : confinement en milieu protéique organique, accès au solvant H2O ;

– d’un point de vue appliqué, élaborer ainsi de nouveaux récepteurs moléculaires avec comme perspective à plus long terme la mise au point de systèmes pouvant agir comme sonde, capteur ou catalyseur.

L’objectif de ce séminaire est de présenter une approche biomimétique et supramoléculaire avec des systèmes artificiels mimant à la fois le site de coordination et la poche hydrophobe du site actif d’une métallo-enzyme. La stratégie repose sur la synthèse de cavités moléculaires fonctionnalisées par des groupements coordinants mimant les résidus imidazole des sites histidine classiquement présents au site actif des enzymes. Le rôle de la cavité est de contrôler à la fois la seconde sphère de coordination du métal et l’approche des molécules exogènes candidates à une interaction avec ce métal. Les effets cavitaires modifiant et contrôlant les propriétés de l’ion métallique ainsi confiné sont mis en évidence et discutés dans le contexte du biomimétisme en général et de la réactivité des métallo-enzymes en particulier. Quelques développements récents sur les systèmes hétéro-polymétalliques sont également présentés[1].

 

[1]Quelques références récentes : Bistri O., Colasson B. et Reinaud O., « Recognition of Primary Amines in Water by a Zinc Funnel Complex Based on Calix[6]arene » , Chem. Sci., 3, 2012, 811-818 ; Benoit Colasson, Le Poul N., Le Mest Y. et Reinaud O.,« Alectrochemically Triggered Double Translocation of Two Different Metal Ions with a Ditopic Calix[6]arene Ligand », J. Am. Chem. Soc., 132, 2010, 4393-4398 ; Le Poul N., Douziech B., Zeitouny J., Thiabaud G., Colas H., Conan F., Cosquer N., Jabin I., Lagrost C., Hapiot P., Reinaud O. et Le Mest Y.,« Mimicking the Protein Access Channel to a Metal Center: Effect of a Funnel-Complex on Dissociative vs Associative Copper Redox Chemistry », J. Am. Chem. Soc., 131, 2009, 17800-17807 ; Thiabaud G., Guillemot G., Schmitz-Afonso I., Colasson B., Reinaud O., « Solid State Chemistry at an Isolated Cu(i) Center with O2 », Angew. Chem. int. ed., 48, 2009, 7383-7386 ; Coquière D., Le Gac S., Darbost U., Sénèque O., Jabin I., Reinaud O., « Perspective: Biomimetic and Self-Assembled Calix[6]arene-Based Receptors for Neutral Molecules », Org. Biomol. Chem., 7, 2009, 2485-2500.