Proteins oxydation by reactive oxygen species : the importance of the proteic environment

Oxydation des protéines par les espèces réactives de l'oxygène : l'importance de l'environnement protéique

Béatrice Sjöberg (1)

1 LCE - Laboratoire Chrono-environnement (UMR 6249)

Reactive species of oxygen are generated in biological environment as part of metabolism but they can also be produced in excess in case of oxidative stress provoked by UV exposure for example. In the present work we are interested in the oxidation of proteins by two of those reactive species of oxygen : hydrogen peroxide, rather weak oxidant with a long life time, and singlet oxygen, a strong oxidant with a short life time. The action of the latter one on the proteins is studied by using time-resolved phosphorescence spectroscopy and oxidation of the proteins by hydrogen peroxide is monitored by using Raman spectroscopy. In this case a preliminary work was necessary to attribute accurately the Raman bands of amino-acid residues side chains. For both oxidations, reaction rate constants of the reactions were determined for three model proteins. The strategy followed is to use small fragments of proteins such as free amino-acids and tripeptides to understand what is happening at the protein scale. This helps us underlining the importance of the proteic environment. In the case of Raman spectroscopy study, it also shows the influence of the number of peptidic bonds on the spectra obtained from free amino-acid to tripeptide and then to protein.Keywords : Raman Spectroscopy, protein, oxidation, hydrogen peroxide, singlet oxygen, time-resolved phosphorescence spectroscopy, reaction rate constant.

Les espèces réactives de l'oxygène sont générées dans l'environnement biologique dans le cadre du métabolisme, mais elles peuvent aussi être produites en excès dans le cas de stress oxydatif provoqué par exemple par une exposition aux rayons UV. Dans le travail présenté ici, nous sommes intéressés par l'oxydation des protéines par deux de ces espèces réactives de l'oxygène : le peroxyde d'hydrogène, oxydant plutôt faible avec un temps de vie long, et l'oxygène singulet, oxydant fort avec un temps de vie court. L'action de ce dernier sur les protéines est étudiée en utilisant la spectroscopie de phosphorescence résolue en temps et l'oxydation des protéines par le peroxyde d'hydrogène est suivie par spectroscopie Raman. Dans ce cas, un travail préliminaire a été nécessaire afin d'attribuer de manière précise les bandes Raman des chaînes latérales des résidus d'acides aminés. Pour les deux types d'oxydations, les constantes de vitesse des réactions ont été déterminées pour trois protéines modèles. La stratégie suivie est d'utiliser de petits fragments de protéines tels que des acides aminés libres et des tripeptides pour comprendre ce qui se passe à l'échelle de la protéine. Cela nous aide à souligner l'importance de l'environnement protéique. Dans le cas de l'étude par spectroscopie Raman, l'influence du nombre de liaisons peptidiques sur les spectres obtenus depuis l'acide aminé libre, au tripeptide, jusqu'à la protéine est aussi mis en évidence.

Mots clés: Raman spectroscopy; Protein; Oxydation; Hydrogen peroxyde; Singlet oxygen; Time-resolved phosphorescence spectroscopy; Reaction rate constant

Mots clés: Spectroscopie Raman; Peroxyde d'hydrogène; Oxygène singulet; Spectroscopies de phosphorescence résolue en temps; Constante de vitesse de réaction; Proteine

Domaines: Chimie organique

Béatrice Sjöberg. Oxydation des protéines par les espèces réactives de l'oxygène : l'importance de l'environnement protéique. Chimie organique. Université de Franche-Comté, 2013. Français. ⟨NNT : 2013BESA2020⟩. ⟨tel-01024104⟩