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Accueil > Équipes scientifiques > Structure et dynamique des systèmes complexes isolés > Molécules Agrégats Neutres Ionisés ou Protonés (MANIP) > Offres de stages, thèses et post-docs > Comprendre le mécanisme d’attachement du dioxygène à l’Hème du sang au niveau moléculaire, par des expériences de physicochimie.

Proposition de stage pour étudiant en M1 ou M2

Comprendre le mécanisme d’attachement du dioxygène à l’Hème du sang au niveau moléculaire, par des expériences de physicochimie.

par Shafizadeh Niloufar - 20 octobre 2015

N Shafizadeh* [1], B Soep [2], L Poisson [2], S Soorkia [1], G Grégoire [1], M Broquier [1], [3]

Contact : Niloufar Shafizadeh

L’oxygène respiré par les êtres vivants, est transporté dans le sang par une hémoprotéine, puis relâché auprès des muscles. Le mécanisme de ce processus qui est équivalent à une association puis une dissociation d’un ligand sur le site actif de l’hémoglobine, l’Hème, n’a pas été élucidé du point de vue microscopique. La nature de la liaison Fer-dioxygène dans l’hème est un sujet de débat depuis Pauling (1936) et seulement récemment, la chimie quantique a pu répondre de façon plus nette à cette question : quelle sont les structures électroniques en jeu. Ainsi, la liaison Fe(II)-O2 trouve son origine dans un transfert de charge entre l’atome de fer et l’oxygène qui réorganise la configuration électronique de l’atome de fer et crée le couple en interaction Fe(III)+ - O2-. Une donnée expérimentale essentielle manque pour valider cette approche, l’énergie de liaison fer-Oxygène et ceci ne peut être réalisé simplement qu’en phase gazeuse, sur le site actif isolé de son environnement. Ceci permet d’accéder séquentiellement aux propriétés intrinsèques de chacun des partenaires de cette réaction, la liaison Fer-dioxygène et son environnement.

Notre but est d’étudier les différents aspects de cette réaction sur des espèces modèles simples. Ainsi le but que nous poursuivons est de séparer les différents paramètres jouant sur cette liaison FeO2 et en particulier la configuration électronique du Fer. Jusqu’ à présent, on supposait que la molécule de dioxygène ne se liait pas à l’hème contenant un fer oxydé, Fe(III)+, l’atome de Fer ne pouvant fournir un électron au dioxygène. Nos travaux ont cependant montré la formation du complexe avec le fer oxydé [Hème Fe(III)-O2]+ avec une énergie de liaison de 0.1 eV, à basse température et dans un piège à ions (CLUPS). La mesure a utilisé la variation en température de l’équilibre de la réaction :

Ceci est une première étape et, pour comprendre les transferts de charge dans cette réaction, il faut faire faire varier le degré d’oxydation du fer (FeIII, FeII), le ligand (O2) pour modifier sa nature de donneur-accepteur d’électrons. Ainsi la diminution de la charge positive sur le Fer doit permettre d’augmenter l’énergie de la liaison Fe-O2.

L’objectif du stage sera de poursuivre cette étude en changeant le ligand (NO, CO H2S ou bien D2O, pyridine methylimidazole) et le degré d’oxydation du fer. On mènera en parallèle l’étude énergétique et la dynamique temporelle de ces espèces. Les expériences seront effectuées au Centre Laser de l’Université de Paris-Sud et sur le serveur laser femto seconde LUCA du CEA Saclay.

Le stage pourra se poursuivre par une Thèse et donner lieu à une modélisation théorique.

Voir en ligne : Molécules Agrégats Neutres Ionisés ou Protonés (MANIP)


[1ISMO, Univ Paris-Sud ; CNRS UMR 8214, bat 210 Univ Paris-Sud 91405, Orsay Cedex France

[2Laboratoire Francis Perrin CEA/DSM/IRAMIS/LIDyL – CNRS URA 2453, CEA Saclay, 91191 France

[3CLUPS (Centre Laser de l’Université Paris-Sud/LUMAT FR2764)