À la recherche du rôle des composés fer-soufre

Professeur Dr. Antonio Pierik (de gauche à droite), Professeur Dr. Volker Schünemann, doctorante Christina Müller et Professeur Dr. Michael Schroda travaillent ensemble dans le programme de recherche prioritaire. (Photo : Koziel/TUK)

Les globules rouges peuvent transporter de l'oxygène grâce à leurs atomes de fer. Le métal est également utilisé dans d'autres parties de nos cellules, notamment sous forme de différentes composés fer-soufre. Ils sont importants, entre autres, dans les enzymes et lors du transport d'électrons dans les cellules. À l'Université Technique de Kaiserslautern (TUK), trois équipes de chercheurs étudient leur synthèse et leur rôle dans le métabolisme. Les travaux s'inscrivent dans le cadre du programme de recherche (SPP) 1927 « Fer-Soufre pour la vie » de la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). Les découvertes peuvent être intéressantes, par exemple, pour la biotechnologie, afin de développer de nouvelles formes de production d'énergie ou de fabriquer des principes actifs.

Que ce soit lors de la respiration, de la photosynthèse ou d'autres voies métaboliques – les centres fer-soufre jouent un rôle central dans de nombreux processus vitaux. « Ces centres sont souvent intégrés dans un grand complexe protéique », explique le professeur Dr. Antonio Pierik, qui travaille dans le domaine de la biochimie à la TUK. Ils sont apparus tôt dans l'évolution et se trouvent chez les bactéries, les champignons, les plantes et les animaux. Dans les enzymes, ils sont notamment importants pour permettre des processus catalytiques comme la dégradation de molécules de sucre. Ils sont également essentiels pour la production d'énergie de la cellule, car c'est via eux que le transport d'électrons se déroule, permettant ainsi de stocker de l'énergie sous forme de molécules.

Dans le cadre du SPP 1927, les groupes de recherche de Kaiserslautern étudient la structure précise de ces centres et comment ils sont intégrés dans les protéines. « Il existe de nombreuses différentes composés fer-soufre », indique Pierik. « Nous voulons notamment comprendre comment ils sont synthétisés dans la cellule. »

Pour leurs recherches, ils utilisent des techniques spécifiques : ils exploitent les propriétés magnétiques du fer. L'équipe de Pierik utilise la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique (RPE). Un rayonnement micro-ondes est envoyé sur l'échantillon à étudier, qui se trouve également dans un champ magnétique, ce qui excite les électrons de fer. De manière similaire à une empreinte digitale, les chercheurs obtiennent lors de la mesure des spectres caractéristiques pour chaque centre fer-soufre.

Le professeur Schünemann et son groupe de travail du domaine de la biophysique et de la physique médicale utilisent la spectroscopie Mössbauer. « Il s'agit d'une méthode d'analyse exploitant l'absorption de rayons X à haute énergie par le noyau atomique du fer », explique Schünemann. Grâce à ces deux techniques, les deux équipes obtiennent ensuite une image précise de la composition des centres métalliques.

Ces résultats sont complétés par le travail du professeur Schroda et de son groupe du domaine de la biotechnologie moléculaire et de la biologie systémique. La spectrométrie de masse est utilisée ici. Cette méthode permet d'identifier et de quantifier les molécules de protéines en fonction de leur masse. En principe, elles sont pesées. « Comme pour une empreinte digitale, chaque molécule possède une valeur caractéristique », indique le professeur Schroda.

En résumé, les trois groupes de chercheurs obtiennent une image précise des composés fer-soufre et des complexes protéiques dans lesquels ils sont intégrés. Ces découvertes sont intéressantes non seulement pour la recherche fondamentale, mais aussi pour la biotechnologie, par exemple pour la synthèse de principes actifs médicaux ou pour de nouvelles formes de production d'énergie.

Le SPP est dirigé et coordonné par la professeure Dr. Silke Leimkühler à l'Université de Potsdam. L'objectif est de comprendre le rôle précis des métaux et comment ils influencent l'activité des protéines. Le programme en est maintenant à sa deuxième période de financement. Lors de la première phase, les professeurs Pierik et Schünemann ont participé. Ils ont reçu environ 478 000 euros de la DFG pour ces travaux. Maintenant, le professeur Schroda participe également au projet. Ensemble, les trois groupes de travail reçoivent environ 781 000 euros, de sorte que l'ensemble des travaux de recherche à la TUK dans le cadre du SPP a été ou est financé à hauteur d'environ 1,26 million d'euros.

Questions auxquelles répondre :

Prof. Dr. Antonio Pierik
Domaine de la biochimie
Tél. : 0631 205-3421
Email : pierik(at)chemie.uni-kl.de

Prof. Dr. Volker Schünemann
Domaine de la biophysique et de la physique médicale
Tél. : 0631 205-4920
Email : schuene(at)physik.uni-kl.de

Prof. Dr. Michael Schroda
Domaine de la biotechnologie moléculaire et de la biologie systémique
Tél. : 0631 205-2697
Email : schroda(at)bio.uni-kl.de