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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/