Structural and electronic study of biomolecule binding sites through ab-initio modeling of X-ray absorption spectra
Étude structurale et électronique des sites de fixation de biomolécules par modélisation ab-initio de spectres d'absorption des rayons X
Abstract
Metalloproteins use the chemical properties of their active site, a transition metal, to carry out a wide range of biological processes. A detailed description of the geometry around these sites is a prerequisite for understanding their mode of operation and ultimately synthesizing therapeutic molecules. The XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) is a spectroscopy capable of providing a fine local description around the absorbing atom. Using ab-initio modeling of XANES spectra, we show that it is possible to discriminate between structural models obtained by high-resolution X-ray diffraction. The calculation method based on density functional theory uses a plane wave basis. We applied it to analyze the iron site in different derivatives of myoglobin and the cobalt site in methyl-cobaloxime, a model compound for vitamin B12. Special attention is paid to the description of the electronic states involved in the chemical bond through the K pre-edge region of the metal.
Les métalloprotéines utilisent les propriétés chimiques de leur site actif, un métal de transition, afin d'accomplir un large éventail de processus biologiques. Une description détaillée de la géométrie autour de ces sites est un prérequis pour comprendre leur mode de fonctionnement et à terme synthétiser des molécules thérapeutiques. Le XANES (X-ray Absorption Near Edge Structure) est une spectroscopie capable de fournir une description locale fine autour de l'atome absorbeur. A l'aide de modélisation ab-initio de spectres XANES, nous montrons qu'il est possible de discriminer entre des modèles structuraux obtenus par diffraction des rayons X à haute résolution. La méthode de calcul reposant sur la théorie de la fonctionnelle de la densité utilise une base d'ondes planes. Nous l'avons appliquée pour analyser le site du fer dans différents dérivés de la myoglobine et le site du cobalt dans la méthyle-cobaloxime, un composé modèle pour la vitamine B12. Une attention particulière est portée à la description des états électroniques impliqués dans la liaison chimique au travers de la région du préseuil K du métal.
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