Spéciation et chélation dans le vivant
33
©
Lavoisier
- La
photocopie non
autorisée est un
délit
la formation de liaisons thiolate-métal avec les deux atomes de soufre des chaînes
latérales des cystéines, avec une forte sélectivité pour Cu+ et Hg2+ comme indiqué
dans la figure 2 (Sénèque et al., 2004; Rousselot-Pailley et al., 2006).
1.2.2. Interactions de l’ion uranyle avec des séquences peptidiques riches en
oxygène
Van Horn et Huang (2006) ont reporté que le cation uranyle (UO2+), tout
comme d’autres transuraniens tels Np et Pu (Den Auwer et al., 2005), se
liaient à de nombreuses protéines dans des sites majoritairement oxygénés.
D’autre part, plusieurs équipes (Taylor, 1989; Vidaud et al., 2005) ont pu identifier des protéines, telles la transferrine (Tf) et la céruloplasmine, susceptibles
de lier l’uranium dans le plasma sanguin humain. Dans le cas de la Tf, une
liaison plus ou moins forte a été décrite en fonction des actinides concernés
ThIV>PuIV>Npv>Pav>Anm>UVI (Taylor, 1989). De plus, des différences entre
actinides (IV) ont été mises en évidence par des mesures récentes en EXAFS et
diffusion de neutrons aux petits angles (DNPA) (cf. partie 4, chapitre 23).
D’autre part, même si l’analogie thermodynamique entre les deux éléments U
et Ca n’a pu être mise en évidence (Ansoborlo et al., 2006), l’ion uranyle (UO?2+)
peut se substituer au calcium (Ca2+) dans des protéines comme la calmoduline qui
lie Ca2+ par des chaînes latérales d’acides aspartique et glutamique. Différents
peptides mimant le site de fixation du Ca2+ ont permis de mettre en évidence une
affinité de ces sites oxygénés pour l’uranyle (Le Clainche et Vita, 2006).
Sur ces deux exemples, il apparaît donc clairement que certains métaux toxiques peuvent se lier à des protéines et être compétiteurs de métaux essentiels
dans des sites de liaisons naturels. Ces métaux toxiques peuvent donc perturber la
spéciation basale des métaux essentiels dans le vivant.
1.3. Conséquences des interactions éléments d’intérêt - molécules
biologiques dans le vivant
Parmi les ions métalliques, certains comme Hg2+, Cd2+ ou Pb2+ sont purement
exogènes2 alors que Zn2+, Cu+/Cu2+ et Fe2+/Fe3+ sont essentiels à la vie. Tout en
étant nécessaires, ces derniers deviennent également toxiques quand leur concentration s’élève au-delà d’un certain seuil. La concentration intracellulaire de ces
éléments essentiels (ou homéostasie) est donc finement régulée par la cellule
grâce à un « arsenal » de protéines. Ces dernières leur permettent l’entrée dans la
cellule, la distribution en son sein, l’export ou le stockage dans des compartiments
intracellulaires en cas d’excès et, le cas échéant, la chélation dans le cytosol. L’homéostasie des éléments essentiels peut aussi dépendre de facteurs de transcrip2. On connaît une exception pour le Cd2+ qui est utilisé comme centre métallique par l’anhydrase carbonique de Thalassiosira weissflogii, un organisme qui s’est adapté au Cd2+ par manque de Zn2+ dans l’océan (Lane et Morel, 2000).
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autorisée est un
délit
la formation de liaisons thiolate-métal avec les deux atomes de soufre des chaînes
latérales des cystéines, avec une forte sélectivité pour Cu+ et Hg2+ comme indiqué
dans la figure 2 (Sénèque et al., 2004; Rousselot-Pailley et al., 2006).
1.2.2. Interactions de l’ion uranyle avec des séquences peptidiques riches en
oxygène
Van Horn et Huang (2006) ont reporté que le cation uranyle (UO2+), tout
comme d’autres transuraniens tels Np et Pu (Den Auwer et al., 2005), se
liaient à de nombreuses protéines dans des sites majoritairement oxygénés.
D’autre part, plusieurs équipes (Taylor, 1989; Vidaud et al., 2005) ont pu identifier des protéines, telles la transferrine (Tf) et la céruloplasmine, susceptibles
de lier l’uranium dans le plasma sanguin humain. Dans le cas de la Tf, une
liaison plus ou moins forte a été décrite en fonction des actinides concernés
ThIV>PuIV>Npv>Pav>Anm>UVI (Taylor, 1989). De plus, des différences entre
actinides (IV) ont été mises en évidence par des mesures récentes en EXAFS et
diffusion de neutrons aux petits angles (DNPA) (cf. partie 4, chapitre 23).
D’autre part, même si l’analogie thermodynamique entre les deux éléments U
et Ca n’a pu être mise en évidence (Ansoborlo et al., 2006), l’ion uranyle (UO?2+)
peut se substituer au calcium (Ca2+) dans des protéines comme la calmoduline qui
lie Ca2+ par des chaînes latérales d’acides aspartique et glutamique. Différents
peptides mimant le site de fixation du Ca2+ ont permis de mettre en évidence une
affinité de ces sites oxygénés pour l’uranyle (Le Clainche et Vita, 2006).
Sur ces deux exemples, il apparaît donc clairement que certains métaux toxiques peuvent se lier à des protéines et être compétiteurs de métaux essentiels
dans des sites de liaisons naturels. Ces métaux toxiques peuvent donc perturber la
spéciation basale des métaux essentiels dans le vivant.
1.3. Conséquences des interactions éléments d’intérêt - molécules
biologiques dans le vivant
Parmi les ions métalliques, certains comme Hg2+, Cd2+ ou Pb2+ sont purement
exogènes2 alors que Zn2+, Cu+/Cu2+ et Fe2+/Fe3+ sont essentiels à la vie. Tout en
étant nécessaires, ces derniers deviennent également toxiques quand leur concentration s’élève au-delà d’un certain seuil. La concentration intracellulaire de ces
éléments essentiels (ou homéostasie) est donc finement régulée par la cellule
grâce à un « arsenal » de protéines. Ces dernières leur permettent l’entrée dans la
cellule, la distribution en son sein, l’export ou le stockage dans des compartiments
intracellulaires en cas d’excès et, le cas échéant, la chélation dans le cytosol. L’homéostasie des éléments essentiels peut aussi dépendre de facteurs de transcrip2. On connaît une exception pour le Cd2+ qui est utilisé comme centre métallique par l’anhydrase carbonique de Thalassiosira weissflogii, un organisme qui s’est adapté au Cd2+ par manque de Zn2+ dans l’océan (Lane et Morel, 2000).