Academic literature on the topic 'Monooxygénases à cuivre'

La dopamine beta-hydroxylase (dbh), monooxygenase a cuivre, intervient dans la biosynthese des catecholamines en hydroxylant de maniere stereospecifique la dopamine en noradrenaline. Klinman et al. Ont recemment propose un mecanisme ou l'etape cinetiquement limitante est la rupture homolytique de la liaison c-h benzylique du substrat par une espece cuivre-oxygene hautement reactive. Nous avons etudie le mecanisme d'activation de l'oxygene et d'hydroxylation benzylique par modelisation chimique. La stereochimie du transfert d'atome d'oxygene par les especes cuivre-oxygene a ete etudiee via une modelisation du site actif par des ligands a substrat endogene. Pour cette etude, des complexes de cuivre (ii) et cuivre (i) sont prepares et exposes a differents systemes oxydants. Dans tous les cas, le transfert d'atome d'oxygene au ligand est regio- et stereoselectif. D'une part, l'utilisation de complexes marques au deuterium, a montre que le transfert d'oxygene s'effectue avec retention de configuration. Les importants effets isotopiques cinetiques, determines par spectroscopie rmn #1#3c, suggerent l'intervention de deux especes cuivre-oxygene reactives differentes selon le systeme oxydant utilise. D'autre part, nous avons mis en evidence les effets de substituants et l'influence de la geometrie sur l'hydroxylation du ligand. De nouveaux complexes derives de ligand de type alkylpy2 qui, par reaction avec le dioxygene, conduisent a l'hydroxylation d'un liaison c-h aliphatique du ligand et peuvent etre consideres comme des modeles fonctionnels de monooxygenases a cuivre. Sur la base de ces resultats nous avons pu proposer un mecanisme d'hydroxylation pour nos modeles fonctionnels de dh et de monooxygenases.

Les monooxygenases a cuvire, enzymes impliquees dans le metabolisme de l'oxygene moleculaire, sont d'une importance capitale dans de nombreux systemes vivants. Parmi elles, la dopamine hydroxylase (dh), associee aux desordres mentaux d'ordre affectif, joue un role majeur dans la biosynthese des catecholamines, neurotransmetteurs du systeme nerveux central et peripherique. Dans le but d'apporter des informations supplementaires concernant a la fois la structure du site actif et le mecanisme d'action de cette enzyme, nous avons tente de modeliser chimiquement l'unite catalytique de la dh. Pour cela, nous avons effectue la synthese de complexes de cuivre et etudie leur reactivite vis-a-vis de divers oxydants tels que l'iodosylbenzene ou encore le peroxyde d'hydrogene. Les resultats que nous avons obtenus nous permettent de conclure que la plupart de nos modeles presentent la capacite d'activer l'oxygene et de conduire a des oxydations, selon un mecanisme reactionnel impliquant les memes intermediaires que ceux intervenant dans la reaction enzymatique. Ces motifs structuraux et fonctionnels peuvent etre consideres comme mimant le site actif de la dh mais egalement celui d'autres monooxygenases a cuivre telles que la methane monooxygenase (mmo) ou la peptidyl amidating monooxygenase (pam)

Les monooxygénases à cuivre, enzymes impliquées dans le métabolisme de l'oxygène moléculaire, sont d'une importance capitale dans de nombreux systèmes vivants. Parmi elle, la dopamine β-hydroxylase(DBH), joue un rôle majeur dans la biosynthèses des catécholamines, neurotransmetteurs du système nerveux central et périphérique. Le mécanisme d'action de cette enzyme n'étant pas totalement déterminé, de nombreux modèles structuraux et fonctionnels ont été proposés. L'objectif de cette thèse est de proposer des modèles biomimétiques de la DBH en combinant deux domaines de la chimie. La première est la chimie supramoléculaire permettant de reproduire l'interaction enzyme-substrat. La seconde, la chimie inorganique qui permettra la synthèse d'analogues de site actif. Deux modèles combinant une partie reconnaissance hydrophobe de type cyclophane, et un centre métallique bicuivre, ont été synthétisés. De nombreux intermédiaires ont été totalement caractérisés, renseignant ainsi sur la conformation, l'espace disponible, et le type d'interactions, intra et intermoléculaires, présents dans ces composés. De plus, une molécule de chloroforme a pu être cocristalisée à l'intérieur d'une des cavités. Un de ces modèles binucléaires a été testé dans la réaction d'hydrolyse de phosphodiesters. Bien que présentant une cinétique inattendue (l'effet tensioactif du BNPP permettrait d'augmenter l'accessibilté aux sites actifs du complexe 18, ceci se traduisant par une courbe cinétique d'allure sigmoïde), une activité cinq fois supérieure à celle de deux équivalents d'un complexe mononucléaire a été mise en évidence. Cette différence d'activité peut s'expliquer par l'influence du ligand hydrophobe sur la réactivité, ou une synergie entre les deux ions cuivriques lors de l'hydrolyse
Copper monooxygenases involved in dioxygen metabolism, are important in numerous living systems. Dopamine β-monooxygenase (DBM) plays a major role in catecholamine biosynthesis, central and peripheral nervous system neurotransmitters. The mechanism of enzymatic action is not totally described, so many structural and functional models have been proposed. The aim of this thesis is to combine two chemistry's domains in order to prepare biomimetic models of DBM. These two domains are supramolecular chemistry, to mimic enzyme-substract complex, and inorganic chemistry, to synthesise analogous active sites. Two models combining a cyclophane-type hydrophobic pocket and a binuclear copper centre have been synthesised. Many intermediate and final products have been totally described (X-ray diffraction, IR, NMR. . . ), informing on conformation, space available, and intra- and intermolecular interactions in these compounds. Moreover an intermediate cyclophane was co-cristallised with a chloroform molecule inside the cavity. One of these binuclear models has been checked in phosphodiesters hydrolysis reaction. Despite an unexpected kinetic curve appearance (tensioactive effect of BNPP may increase active sites availability of complex 18) binuclear complex 18 showed a higher activity (5x) than a mononuclear copper complex (two equivalents). This higher activity can be explained either by hydrophobic interactions increasing the rate of reaction, or synergic effect of the two copper ions (binuclear structure) on hydrolysis

La dopamine b-hydroxylase (DBH) et la peptidylglycine a-amidating monooxygénase (PAM) sont deux enzymes à cuivre capables d'activer l'oxygène moléculaire. Parmi les différentes voies d'études développées pour la compréhension de leur mode de fonctionnement, l'investigation des relations structure-activité par cristallographie et modélisation moléculaire tient une place privilégiée. Ainsi les structures des complexes modèles du site actif de la DBH, construits sur des ligands de type amide, d'emontrent que le bras mimant le substrat n'est pas positionné favorablement par rapport au cuivre, privilégiant ainsi l'hydroxylation des carbones en position non benzylique. Il ressort également que les complexes construits sur le ligand TEPA sont trop contraints stériquement pour que la réaction puisse avoir lieu
Dopamine beta-hydroxylase (DBH) and peptidylglycine alpha-amidating monooxygenase (PAM) are two copper enzymes involved in the activation of molecular oxygen. Among the various approaches developed to understand their mechanism, the study of the structure-activity relashionships by means of crystallography and molecular modeling is a method of choice. The crystallographic structures of complexes models of the active site of DBH, built with ligands of amide type, show that the substrate-like arm is not correctly positionned relativity to the copper. Therefore the hydroxylation of carbons in non-benzylic positions is favored. We also pointed out that the complexes, built on the TEPA ligand, are too sterically constraint to lead to hydroxylated compounds

Les lytic polysaccharide monooxygenases (LPMO) sont des métalloenzymes à cuivre impliquées dans la dégradation des polysaccharides récalcitrants, tels que la cellulose et la chitine. L'ion cuivre du site actif est lié par un motif de coordination très inhabituel, composé de deux histidines entièrement conservées, dont l'une située à l'extrémité N-terminale qui est liée au cuivre à la fois par l'imidazole de la chaîne latérale et l’amine terminale. Ce motif de coordination, appelé «histidine brace», permet de catalyser le clivage oxydatif de liaisons glycosidiques dans des polysaccharides récalcitrants, en présence de dioxygène ou de peroxyde d'hydrogène et d'un donneur d'électrons. Ce travail a été réalisé par une approche interdisciplinaire avec des outils et des concepts fondamentaux allant de la biologie à la chimie. Nous nous sommes tout d'abord intéressés aux propriétés natives du site actif dans des LPMOs bactériennes appartenant à la sous-famille AA10. Notamment, la variabilité d'un résidu d'alanine en deuxième sphère de coordination a été étudiée, conduisant à la découverte de nouvelles enzymes avec des caractéristiques inhabituelles. Le rôle de l'alanine a ensuite été sondé en remplaçant ce résidu dans l'enzyme modèle SmAA10, par d’autres résidus naturellement présents chez certaines AA10s. Cette même enzyme modèle a ensuite été utilisée pour étudier l'influence du motif histidine brace sur les propriétés du site actif. Variants du site actif de SmAA10 nous ont permis de créer des sites de coordination originaux dans la perspective de catalyser de nouvelles réactions abiologiques dépendantes d’un ion métallique
Lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs) are copper-dependent enzymes involved in the breakdown of recalcitrant polysaccharides, such as cellulose and chitin. The active site copper ion is coordinated by a very unusual coordination motif, consisting of two fully conserved histidines, one of which is located at the N-terminus and binds copper by both its the side chain nitrogen and the free amino terminal group. Such organization, known as “histidine brace” motif allows the oxidative cleavage of glycosidic bonds in recalcitrant polysaccharides, in the presence of dioxygen or hydrogen peroxide and an electron donor. The objectives of the present work have been pursued via an interdisciplinary approach, using tools and fundamental concepts that span from biology to chemistry. The focus was firstly addressed on the natural properties of the active site in the bacterial LPMOs belonging to the AA10 subfamily. Notably, the variability of a second coordination sphere alanine residue (~ 4 Å from the copper ion) was firstly investigated, leading to the discovery of new enzymes with unusual active-site features. The role of active site alanine was then probed by exploring the mutational effect induced by the other occurring residues on both the activity and the physico-chemical properties on the model enzyme SmAA10. Our results emphasize that this unusual coordination motif imparts unique structural and functional features to the copper centre. Furthermore, the SmAA10 active site variants allowed us to create original metal binding sites with the perspective of exploring new abiological metal-based biocatalytic reactions

Les monooxygénases à centres cuivreux non couplés catalysent l’hydroxylation stéréospécifique de substrats par insertion d’un atome d’oxygène dans une liaison C — H. Elles contiennent deux centres cuivreux, CuM et CuH séparés, d'une distance de 11 Å par une poche de solvant, lesquels fournissent chacun un électron durant le cycle catalytique qui voit la réduction complète d'une molécule de dioxygène. Malgré de nombreux efforts expérimentaux et théoriques, la description au niveau moléculaire du mécanisme réactionnel reste lacunaire. Dans ce travail nous employons diverses approches de chimie théorique pour modéliser les étapes successives du mécanisme de ces enzymes en nous appuyant principalement sur les données expérimentales issues d'études biomimétiques. Grâce à l'utilisation de méthodes ab initio multiréférences adaptées, nous montrons que l'activation du dioxygène sur le centre cuivreux CuM est obtenue par une coordination de type 2 side-on dans un état de spin singulet. Cet adduit permet ensuite de transférer l'atome d'hydrogène de la liaison C — H du substrat sous forme d'hydrure. A l'issue de cette deuxième étape, il est suggéré que l'apport du second électron à partir du centre CuH permet de compléter le cycle catalytique et de former le substrat hydroxylé attendu. Une étude de Dynamique Moléculaire couplée au calcul des paramètres de la théorie de Marcus montre enfin que ce transfert électronique à longue distance est envisageable via une molécule d’eau dont la position pontante stabilisée par le résidu Gln170 assure la connection entre les deux centres actifs

Les monooxygénases polysaccharidiques lytiques (LPMO) cassent des polysaccharides et sont étudiés dans la valorisation de la biomasse. Ces enzymes contiennent un centre mononucléaire à cuivre, étudié grâce à ses propriétés magnétiques. Le mécanisme et les intermédiaires mis en jeu demeurent inconnus. On a utilisé un ensemble de complexes de la littérature pour développer un protocole pour prédire les propriétés magnétiques de systèmes à cuivre grâce aux calculs théoriques. Ce protocole a été utilisé sur des modèles de LPMO et sur un complexe tripeptidique afin de comprendre leurs propriétés. De plus, on a développé une série de complexes pour isoler des intermédiaires de haute-valence des LPMO. La réactivité d’un complexe en particulier a été étudié pour sa capacité à produire du formate dans des alcools. Le formate a été produit avec un rendement de 120%. De futures générations de complexes ont été synthétisés et seront étudiés pour mieux comprendre les chemins réactionnels des LPMOs
Lytic polysaccharide monooxygenases (LPMO) break down polysaccharides and are greatly studied in the context of biomass conversion. They contain a mononuclear copper center which is studied by its magnetic properties. The mechanism of reaction and its intermediates are still unknown. We use a large set of well-known complexes to develop a protocol to predict the magnetic properties of copper systems using computational calculations. This protocol was applied to LPMO models and to an LPMO-inspired tripeptidic complex to elucidate their structural and spectroscopic properties. In addition, we produced a series of complexes to capture potential high-valent reaction intermediates of LPMO. Eventually, the reactivity of one specific complex was studied for its capacity to produce formate in alcohol solvents. Formate was produced at around 120% conversion. Future generations of ligands and complexes were also synthesized and envisioned to understand the reaction pathways of LPMO

Les monooxygénases à cuivre sont des systèmes enzymatiques capables de transférer un atome d'oxygène à leur substrat de manière hautement régio et stéréo-spécifique. Les complexes modèles de monooxygénases à cuivre ont fourni de précieuses informations sur la structure et la réactivité des espèces «cuivre-dioxygène» impliquées dans une telle réactivité. Cependant, la découverte récente de deux nouveaux systèmes enzymatiques (LPMO et pMMO) capables d'effectuer l'activation des liaisons C-H très énergétiques a réouvert le débat sur les espèces cuivre--oxygène capables d'une telle réactivité. Dans ce travail, nous avons choisi de préparer des complexes bio-inspirés de Cu(I) et Cu(II) avec un ligand contenant un substrat interne. Ces complexes ont été exposés à différents oxydants ou donneurs d'atome d'oxygène et nous avons étudié la régio- et stéréo-sélectivité de la réaction d'oxydation du substrat interne. De plus, nous avons évalue la capacité de ces systèmes à utiliser l'eau comme donneur d'atome d'oxygène. Pour cela, nous avons l'oxydation ou l'activation de l'eau par voie électrochimique afin de générer des intermédiaires cuivre-oxygène conduisant éventuellement à la production de dioxygène ou à l'oxydation sélective du ligand. Enfin, nous nous sommes intéressés aux propriétés d'espèces hétérobimétalliques à haute valence. Par conséquent, deux nouveaux complexes hétérobimétalliques à haute valence contenant du nickel et du cuivre ont été synthétisés. Nous avons étudié leurs propriétés électroniques et leur réactivité envers des substrats externes et internes (ligands) a été évaluée et comparée à la réactivité de leurs homologues homobimétalliques
Copper-containing monooxygenases are enzymatic systems capable of transferring an oxygen atom to their subtrates in highly regio or stereo-specific modes. Model complexes for copper-containing monooxygenases have provided valuable information on the structure and reactivity of several copper-dioxygen adducts. However, the recent discovery of two new enzymatic systems (LPMO and pMMO) able to perform activation of very strong C-H bonds has re-opened the debate on the catalytically relevant copper-dioxygen species. The use of model systems that mimic an enzyme is a simple approach to obtain a better knowledge of how nature works. For this study, Cu(I) and Cu(II) complexes containing ligand-substrate were prepared. After reaction with different oxidants or O-atom donors, we investigated the regio- and stereo-selectivity of the oxidation of the internal substrate. Based on the relatively well-known chemistry of Cu(I) with dioxygen, we, were also interested in investigating the water as an O-atom donor in C-H bond activation reactions. We have therefore investigated electrochemical water oxidation or activation to generate dioxygen and selective oxygen-insertion into the substrate-bound moiety. Finally, we explored the properties of mixed-metal dioxygen species as compared to their homometalic counter-parts. Indeed heterobimetallic active sites are found in various metalloenzymes such as cytochrome c oxidase. Therefore, two new high-valent Cu-Ni heterobimetallic complexes were synthesized. We investigated their electronic properties using various spectroscopic methods and their reactivity was evaluated towards external and internal substrates (indane)

Les monooxygénases à cuivre sont des systèmes enzymatiques capables de transférer un atome d'oxygène à leur substrat de manière hautement régio et stéréo-spécifique. Les complexes modèles de monooxygénases à cuivre ont fourni de précieuses informations sur la structure et la réactivité des espèces «cuivre-dioxygène» impliquées dans une telle réactivité. Cependant, la découverte récente de deux nouveaux systèmes enzymatiques (LPMO et pMMO) capables d'effectuer l'activation des liaisons C-H très énergétiques a réouvert le débat sur les espèces cuivre--oxygène capables d'une telle réactivité. Dans ce travail, nous avons choisi de préparer des complexes bio-inspirés de Cu(I) et Cu(II) avec un ligand contenant un substrat interne. Ces complexes ont été exposés à différents oxydants ou donneurs d'atome d'oxygène et nous avons étudié la régio- et stéréo-sélectivité de la réaction d'oxydation du substrat interne. De plus, nous avons évalue la capacité de ces systèmes à utiliser l'eau comme donneur d'atome d'oxygène. Pour cela, nous avons l'oxydation ou l'activation de l'eau par voie électrochimique afin de générer des intermédiaires cuivre-oxygène conduisant éventuellement à la production de dioxygène ou à l'oxydation sélective du ligand. Enfin, nous nous sommes intéressés aux propriétés d'espèces hétérobimétalliques à haute valence. Par conséquent, deux nouveaux complexes hétérobimétalliques à haute valence contenant du nickel et du cuivre ont été synthétisés. Nous avons étudié leurs propriétés électroniques et leur réactivité envers des substrats externes et internes (ligands) a été évaluée et comparée à la réactivité de leurs homologues homobimétalliques
Copper-containing monooxygenases are enzymatic systems capable of transferring an oxygen atom to their subtrates in highly regio or stereo-specific modes. Model complexes for copper-containing monooxygenases have provided valuable information on the structure and reactivity of several copper-dioxygen adducts. However, the recent discovery of two new enzymatic systems (LPMO and pMMO) able to perform activation of very strong C-H bonds has re-opened the debate on the catalytically relevant copper-dioxygen species. The use of model systems that mimic an enzyme is a simple approach to obtain a better knowledge of how nature works. For this study, Cu(I) and Cu(II) complexes containing ligand-substrate were prepared. After reaction with different oxidants or O-atom donors, we investigated the regio- and stereo-selectivity of the oxidation of the internal substrate. Based on the relatively well-known chemistry of Cu(I) with dioxygen, we, were also interested in investigating the water as an O-atom donor in C-H bond activation reactions. We have therefore investigated electrochemical water oxidation or activation to generate dioxygen and selective oxygen-insertion into the substrate-bound moiety. Finally, we explored the properties of mixed-metal dioxygen species as compared to their homometalic counter-parts. Indeed heterobimetallic active sites are found in various metalloenzymes such as cytochrome c oxidase. Therefore, two new high-valent Cu-Ni heterobimetallic complexes were synthesized. We investigated their electronic properties using various spectroscopic methods and their reactivity was evaluated towards external and internal substrates (indane)