New peptide-type tripodal ligands and their metal complexes : synthesis, thermodynamic and structural study, application in catalytic function
Nouveaux ligands tripodes et leurs complexes métalliques : synthèse, études thermodynamiques et structurales, application en catalyse enzymatique
Résumé
One of the most important directions of modern bioinorganic research is the development of artificial enzymes. One pathway of enzyme modeling strategy is the study of amino acid sequences present in the active centers of metalloenzymes. Linear peptides, however, have their limitations in reconstituting the active centers of metalloenzymes, since they do not possess the well-defined three dimensional structure, therefore their structure is vulnerable towards amide nitrogen coordination/hydrolysis. Improvement of metal binding capabilities of linear peptides can be obtained by e.g. their functionalization with tripodal ligands. Tripodal compounds may provide a rigid, less flexible platform for the coordinating amino acid side chains, creating pre-organized metal binding sites. In my thesis, I present synthesis and characterization of histidine containing tripodal peptide ligands and their complex formation in presence of copper(II) and zinc(II). Solution equilibrium was studied with pH potentiometric measurements, and several spectroscopic methods were used for structural characterization (UV-Vis, CD, ESR, NMR and MS methods). Beside thermodynamic and structural characterization, enzyme mimicking catalytical properties of the complexes have also been investigated (catechol oxidation, superoxide dismutation). Our results demonstrated that tripodal peptide ligands are capable of enhancing the stability of metal-peptide complexes, and they may provide convenient structures to efficiently mimic the catalytic functions of enzymes. With thorough and systematical solution equilibrium and spectroscopic studies, we uncovered the driving forces of metal coordination, and established the impact of the tripodal structure in stability, structure and catalytic properties of the forming complexes. Our findings confirm the beneficial effect of tripodal scaffolds in peptide-type ligand-metal complexes, and emphasize the possibilities lying within tripodal peptides in the field of enzyme mimicking
De nos jours, un des objectifs importants de la recherche bioinorganique moderne est le développement d'enzymes artificielles. L'étude séquentielle des acides aminés présents dans le centre actif des métalloenzymes peut présenter une voie possible de la stratégie de modélisation enzymatique. Cependant, les peptides linéaires ont leurs limites lors de la reconstitution des centres actifs des métalloenzymes : ils ne possèdent pas la structure tridimensionnelle bien définie, par conséquent leur structure est vulnérable vis-à-vis de la coordination ou de l’hydrolyse des azotes amidiques. La capacité de coordination des métaux par des peptides linéaires peut être améliorée, par exemple, en les attachant à une plateforme tripodale. Les composés tripodaux peuvent assurer une organisation structurale rigide ou moins flexible pour des chaînes latérales des acides aminés, créant ainsi des sites de coordination pré-organisés pour les métaux. Dans cette thèse, la synthèse et la caractérisation des ligands peptidiques tripodaux contenant de l'histidine et la formation des complexes en présence de cuivre(II) et de zinc(II) sont présentées. Les propriétés acido-basiques ont été étudiées par potentiométrie et différentes techniques spectroscopiques ont été utilisées pour la caractérisation structurale (UV-Vis, CD, ESR, RMN et MS). Outre que la caractérisation thermodynamique et structurale, des propriétés catalytiques des complexes en réaction enzymatiques (oxydation du catéchol, dismutation du superoxyde) ont également été étudiées. Nos résultats ont démontré que les ligands peptidiques tripodaux sont capables d'améliorer la stabilité des complexes métalliques et qu'ils peuvent fournir des structures adéquates pour mimer efficacement les fonctions catalytiques des enzymes. Grâce aux études approfondies et systématiques des propriétés acido-basiques et spectroscopiques, nous avons mis en évidence les forces motrices de la coordination des métaux et établi l'impact de la structure tripodale sur la stabilité, la structure et les propriétés catalytiques des complexes formés. Nos résultats confirment l'effet bénéfique des plateformes tripodales durant la complexation des métaux, et soulignent les possibilités qui s’offrent aux peptides tripodaux dans le domaine de la biomimétisme
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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