LA RPE AU COIN DU FEU

PREMIER EPISODE :

Q’EST– CE QU’UN

SPECTRE RPE ?

P. Bertrand

LA SALLE DE RPE, LE 25 DECEMBRE, 6h DU MATIN

A quoi ça sert ?

ENREGISTRER DES SPECTRES RPE

Équation N°1: (SURFACE +) = (SURFACE -)

0

+

-

QU’EST- CE QU’UN SPECTRE ?

Etymologie : spectre = apparition (latin spectare = regarder)

1669 Isaac Newton (17 ans) étudiant au Trinity College, Cambridge lumière blanche sur un prisme apparition de bandes colorées sur un écran = spectre

Le prisme (matière) modifie la lumière (rayonnement)

En physique : l’interaction matière / rayonnement produit un spectre

dans un spectroscope. Chaque spectroscopie vise une cible particulière. Sens figuré : spectre d’un antibiotique, spectre de compétences d’une personne.

hème

centres fer-soufre

2Fe-2S

3Fe-4S4Fe-4S

flavine

LES CENTRES PARAMAGNETIQUES DES PROTEINES

La RPE = RESONANCE PARAMAGNETIQUE ELECTRONIQUE

spectroscopie qui a pour cible les centres paramagnétiques

Centre paramagnétique = atome ou molécule qui possède des électrons non appariés

Sites actifs d’enzymes et centres rédox

CENTRE PARAMAGNETIQUE DANS UN CHAMP MAGNETIQUE B

ECLATEMENT DES NIVEAUX D’ENERGIE (Pieter Zeeman, Nobel 1902)

B = 0B = 0

B 0B 0

EE

Nombre de niveaux : déterminé par le spin S du centre paramagnétique 2S + 1 entier ou demi-entier

Eclatement proportionnel à B : E = g B = 9,274 10-24 J /T Joule Tesla magnéton de Bohr

facteur g : sans dimension, caractéristique du centre paramagnétique

S = 1/2 S = 1 E

Pour mesurer g : spectroscopie RPE

Centre paramagnétique : spin 1/2 , facteur g Dans un champ magnétique :

Expérience de spectroscopie : rayonnement (fréquence fixée) sur centre paramagnétique interaction si h = E h = 6,626 10-34 J s constante de Planck

Résonance pour B = Br tel que

E = g Br = h

Raie de résonance en Br = h / g

Position de la raie mesure de g

E = g B S = 1/2

B

h

Br0

E

spectre

aimant, cavité, source de rayonnement ( pont hyperfréquence)

REPONSE A LA QUESTION INITIALEOn enregistre un spectre RPE pour mesurer des valeurs de g

LE FACTEUR g DEPEND DE L’ORIENTATION DU CHAMP PAR RAPPORT AU CENTRE PARAMAGNETIQUE

Centre paramagnétique caractérisé par:

3 axes magnétiques {x, y, z} 3 nombres (gx , gy , gz )

directions intermédiaires :

parallèle à x : g = gx (gx , gy , gz )

parallèle à y : g = gy g dépend de parallèle à z : g = gz direction de

mais gmin < g < gmax

xy

z

Br = h / g le champ de résonance dépend de l’orientation de par rapport au centre paramagnétique

B

B

B

B

B

B

EXEMPLE : LE FLAVOCYTOCHROME b2

xy

z

gx = 1,4 hème b 2 : S = 1/2 gy = 2,22 gz = 3,01

Br = h / g

= 9,4 109 Hz

xy

z

xy

z

Br = 463 mTBr = 302 mTBr = 223 mT

200 300 400 500

B (mT)

B

B

B

COMPARONS AU SPECTRE EXPERIMENTAL

flavocytochrome b2

T = 15 K = 9,40 GHz

B (mT)463302223

xyz

SPECTRE D’UNE SOLUTION GELEE

Br = h / g , gmin < g < gmax Bmin< Br < Bmax

B

B constant dans l’échantillon

Echantillon : 150 L, 10 M 1015 molécules orientées aléatoirement

CONSEQUENCE : EMPILEMENT DE 1015 RAIES DE RESONANCE

B (mT)

Bmax = 463 mTBmin = 223 mT

xz

A QUOI RESSEMBLE LE SPECTRE RESULTANT ?

EXAMINONS UN AUTRE EXEMPLE

EXEMPLE 2 : UN CENTRE 2Fe2S

x

y

zFe3+ Fe2+ gx = 1,90

S = ½ gy = 1,94 gz = 2,05

Br = h / g

= 9,4 109 Hz

320 330 340 360 B (mT)350

x

Br = 357 mTBr = 346 mTBr = 328 mT

z

y

SPECTRE D’UNE SOLUTION GELEE

B

UN PEU DE CALCUL MENTAL

6 molécules 158 molécules

29585 molécules 1015 molécules

Le spectromètre effectue une dérivation par rapport à B

B

328 346 357

328 346 357

B

Mesure de gx

Mesure de gz

Br = h / g

= 9,4 109 Hz

Mesurede gy

ET A TEMPERATURE AMBIANTE ?

B

B constant dans l’échantillon

Petites molécules : Mouvements de rotation rapides dans le champ Effet de moyenne

B

TOUTES LES MOLECULES DONNENT LA MEME RAIE

gmoyen = (gx + gy + gz) / 3

gx = 1,90 Centre 2Fe2S : gy = 1,94 gmoyen = 1,96 gz = 2,05

Br = h / g

= 9,4 x 109 Hz : Bmoyen = 343 mT

320 330 340 360 B (mT)350

BmaxBmin

340

SPECTRE PLUS SIMPLE MAIS MOINS D’INFORMATION…

Mesure de gmoyen

QUELQUES REPERES CHRONOLOGIQUES

Premières expériences de RPE : solution Mn2+ et Cu2+

Zavoisky, Kazan 1945

Cummerow et Halliday, Pittsburg 1946

A partir de 1947: nombreuses expériences au Clarendon Laboratory, Oxford

En 1950: thèse d’un jeune français d’origine russe :

Anatole Abragam (1915 - juin 2011)

Première expérience de RMN :

Bloch et al., Stanford 1946 Nobel 1952 Purcell, et al., Harvard 1946

QUELQUES MOTS SUR A. ABRAGAM

- Carrière à Saclay. Collège de France à 44 ans, Acad. Sc.

- Autobiographie : De la physique avant toute chose ? (Odile Jacob)

en anglais « time reversal : an autobiography »  

- Au Clarendon Laboratory: « hydrogen, no smoking »

- «  Avant de mettre la Mécanique Quantique au panier, vérifions une dernière fois les fusibles… »

LA RPE AU COIN DU FEU

DEUXIEME EPISODE :

A QUOI SERT LA RPE ?

Patrick Bertrand “La spectroscopie de Résonance Paramagnétique Electronique” EDP Sciences, collection Grenoble Sciences.Le Volume 1, paru en novembre 2010: fondements Volume 2, (hiver 2011-2012): applications.

Table des matières, infos: http://bip.cnrs-mrs.fr/bip06/~bertrand/