One electron transfers in the enkephalins

par Olivier Mozziconacci

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie - Physique

Sous la direction de Chantal Houée Levin et de Krzystof Bobrowski.

  • Titre traduit

    Transferts mono-électroniques au sein des enképhalines


  • Résumé

    Les enképhalines sont des penta-peptides naturels découverts par Hughes et Kosterlitz en 1974. Les séquences les plus répandues chez l’Homme sont celles de la Leucine-enképhaline (YGGFL) et la Méthionine-enképhaline (YGGFM). Les activités biologiques de ces molécules sont encore mal connues. Néanmoins elles ont été récemment observées dans le contrôle de différents systèmes métaboliques : le contrôle de la douleur, le comportement de façon plus général, le système immunitaire, l’absorption intestinale. Leur mode d’action résulte d’une reconnaissance structurale par des récepteurs cellulaire dits opioïdes capables de fixer des molécules telle que la morphine, la thébaine, la méthadone…. Dans la séquence peptidique des enképhalines, les sites favorables aux réactions radicalaires sont la tyrosine, la phénylalanine et la méthionine. La tyrosine est en position N-terminale dans la séquence des enképhalines. Cette situation rend la tyrosine essentielle dans la reconnaissance des enképhalines par les récepteurs opioïdes. Son altération peut donc avoir de graves conséquences métaboliques. La méthionine est un acide aminé oxydable en methionine sulfoxide. Cette oxydation entraîne dans de nombreuses protéines une perte d’activité biologique. Les objectifs de cette étude se portent sur quatre points. I) L’hydroxylation du résidu tyrosine et de la phénylalanine par les radicaux HO. , ii) l’oxydation de la méthionine ; iii) le rôle de l’amine terminale dans le mécanisme d’oxydation de la tyrosine et iv) la réduction du résidu methionine par l’atome d’hydrogène. Deux techniques ont été conjointement utilisées, la radiolyse pulsée et l’irradiation gamma. L’oxydation de la tyrosine par les radicaux HO. Dans la Leucine-enképhaline génère essentiellement la formation de dityrosine et de dérivés de DOPA-Leu-enképhaline. Avec la Méthionine-enképhaline, le produit principal est la dityrosine. La formation de Méthionine-sulfoxide-enképhaline n’a pas pu être observée. En absence de méthionine, en bloquant les positions ortho- de la tyrosine, l’hydroxylation se produit exclusivement sur la phénylalanine pour former l’ ortho-, méta- et para- tyrosine. Après avoir protégé l’amine terminale avec le groupe tert-butoxycarbonyl (Boc) nous avons comparé les résultats de l’oxydation de la Met-enképhaline et de son dérivé Boc-N-Met-enképhaline en présence des radicaux azotures et superoxydes. Avec la Met-enképhaline, l’amine terminale est impliquée dans une réaction d’addition de Michael sur le cycle de la tyrosine entraînant une modification de structure irréversible. Si l’amine terminale est protégée (Boc-N-Met-enképhaline), l’addition de Michael ne peut pas se faire. Le peptide est alors régénéré. Les mêmes conclusions sont valables pour la Leu-enképhaline et la Boc-N-Leu-enképhaline. La réaction de réduction par l’atome d’hydrogène a été conduite sur la Méthionine-enképhaline. A l’aide de vésicules constituée du 1-palmitoyl-2-oleoyl phosphatidylcholine (POPC), le pourcentage d’isomérisation cis-trans du POPC a été corrélé avec la formation du radical thiyl (. SCH3). La formation de l’acide amino-butyrique-Met-enképhaline résultant du départ du radical thiyl de la chaîne latérale de la méthionine a été mise en évidence. En conclusion, trois points essentiels ont été mis en évidence. La protection de l’amine terminale permet la régénérescence des enképhalines lors de l’oxydation par les radicaux superoxydes. L’oxydation de la méthionine par les radicaux HO. Dans la Met-enképhaline ne crée pas de méthionine-sulfoxide-enképhaline. La réaction majeure lors de la réduction de la Met-enképhaline par les atomes d’hydrogène est la formation du radical thiyl.


  • Résumé

    The enkephalins are natural penta-peptides discovered by Hughes and Kosterlitz in 1974. The most widespread sequences in the human being are Leucine-enkephaline (YGGFL) and Methionine-enkephalin (YGGFM). The biological activities of these molecules are still badly known. Nevertheless they were recently observed in the control of various metabolic systems: the control of the pain, the behaviour, the immune system, intestinal absorption. Their action goes through structural recognition by cellular receptors known as opiates, able to fix molecules such as morphine, thebaine, methadone…. In the sequence of the enkephalins, tyrosine, phenylalanine and methionine are the main amino acids. Tyrosine is in N-terminal position in the sequence of the enkephalins. This situation makes tyrosine essential in the recognition of the enkephalins by the opiates receptors. Its deterioration can thus have serious metabolic consequences. When a methionine moiety is oxidized into methionine sulfoxide this oxidation results in many proteins in a loss of biological activity. The objectives of this study go on four points. I) the hydroxylation of the tyrosine and phenylalanine residues by HO. Radicals, ii) oxidation of methionine by HO. Radicals; iii) the role of the terrminal amine in the mechanism of oxidation of tyrosine and iv) reduction of the methionine residue by the hydrogen atom. Two techniques were jointly used, pulse radiolysis and gamma irradiation. The oxidation of tyrosine by HO. In Leucine-enkephaline generates primarily the formation of dityrosine and derived DOPA-Leu-enképhaline. With Methionine-enkephalin, the major product is the dityrosine. The formation of Methionine-sulfoxide-enkephalin could not be observed. In the absence of methionine, by blocking the ortho- positions of tyrosine, the hydroxylation occurs exclusively on phenylalanine to form the ortho-, meta- and para- tyrosine. After having protected the terminal amine with the tert-butoxycarbonyl group (Boc), we compared the results of the oxidation of Met-enkephalin and of its derivative Boc-N-Met-enkephalin in the presence of azide radicals and superoxide. With Met-enkephalin, the N-terminal amine is involved in a reaction of Michael addition onto the cycle of tyrosine involving an irreversible modification of the structure. If the N-terminal amine is protected (Boc-N-Met-enkephalin), the Michael addition cannot be done. The peptide is then regenerated. The same conclusions are valid for Leu-enkephalin and Boc-N-Leu-enkephalin. The reaction of reduction by the hydrogen atom was performed with Methionine-enkephalin. Using vesicles made up of the 1-palmitoyl-2-oleoyl phosphatidylcholine (POPC), the percentage of cis-trans isomerization of the POPC was correlated with the formation of the thiyl radical (. SCH3). The formation of the amino-butyric-Met-enkephalin acid resulting from the cleavage of the thiyl radical from the side chain of methionine was highlighted. In conclusion, three essential statements can be made. The protection of the terminal amine allows the regeneration of the enkephalins during oxidation in the presence of superoxide. The oxidation of methionine by the HO. Radicals in Met-enkephalin does not create methionine-sulfoxide-enkephalin. During the reduction of Met-enkephalin by the hydrogen atoms the thiyl radical (. SCH3) is formed. Atom. Two techniques were jointly used, pulse radiolysis and gamma irradiation. The oxidation of tyrosine by HO. In Leucine-enkephaline generates primarily the formation of dityrosine and derived DOPA-Leu-enképhaline. With Methionine-enkephalin, the major product is the dityrosine. The formation of Methionine-sulfoxide-enkephalin could not be observed. In the absence of methionine, by blocking the ortho- positions of tyrosine, the hydroxylation occurs exclusively on phenylalanine to form the ortho-, meta- and para- tyrosine. After having protected the terminal amine with the tert-butoxycarbonyl group (Boc), we compared the results of the oxidation of Met-enkephalin and of its derivative Boc-N-Met-enkephalin in the presence of azide radicals and superoxide. With Met-enkephalin, the N-terminal amine is involved in a reaction of Michael addition onto the cycle of tyrosine involving an irreversible modification of the structure. If the N-terminal amine is protected (Boc-N-Met-enkephalin), the Michael addition cannot be done. The peptide is then regenerated. The same conclusions are valid for Leu-enkephalin and Boc-N-Leu-enkephalin. The reaction of reduction by the hydrogen atom was performed with Methionine-enkephalin. Using vesicles made up of the 1-palmitoyl-2-oleoyl phosphatidylcholine (POPC), the percentage of cis-trans isomerization of the POPC was correlated with the formation of the thiyl radical (. SCH3). The formation of the amino-butyric-Met-enkephalin acid resulting from the cleavage of the thiyl radical from the side chain of methionine was highlighted. In conclusion, three essential statements can be made. The protection of the terminal amine allows the regeneration of the enkephalins during oxidation in the presence of superoxide. The oxidation of methionine by the HO. Radicals in Met-enkephalin does not create methionine-sulfoxide-enkephalin. During the reduction of Met-enkephalin by the hydrogen atoms the thiyl radical (. SCH3) is formed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (228 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 187-192

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)10
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