PROBING THE IRON-SULPHUR PROTEINS : A BIOCHEMIST'S VIEW OF SPECTROSCOPIC METHODS

Résumé
Les biochimistes utilisent le plus souvent la spectrophotométrie dans l'UV ou le visible comme moyen d'identification et de dosage de beaucoup de composés biologiques. Cependant, quand un nouveau composé est isolé, cette méthode est souvent inefficace pour déterminer sa nature chimique, et on doit utiliser d'autre méthodes spectroscopiques. Récemment, on a montré que les protéines à fer et à soufre sont des composés majoritaires dans les systèmes bioénergétiques comme la respiration ou la photosynthèse ; ces protéines représentent un type de composés totalement nouveau. On a utilisé plusieurs méthodes spectroscopiques, comprenant la résonance magnétique et la spectroscopie de Mössbauer, pour étudier les plus simples des protéines à fer et à soufre : les ferrédoxines. De telles méthodes posent des problèmes de préparation d'échantillons concentrés et purs, et ce travail requiert une étroite collaboration entre le biochimiste préparateur et le spectroscopiste. On donne les résultats de l'application de différentes techniques spectroscopiques sur la ferrédoxine à 8 atomes de fer extraite de Clostridium pasteurianum ; ces résultats sont comparés avec ceux d'un composé chimique analogue au groupe fer-soufre. La protéine a assurément une influence sur les propriétés du groupe fer-soufre, influence démontrée par les modifications de son potentiel d'oxydo-réduction et de sa réactivité. Les applications de la spectroscopie de Mössbauer peuvent maintenant s'étendre à des protéines à fer et à soufre plus complexes, comme le nitrogénase, ainsi qu'aux réactions photochimiques de la photosynthèse.

Abstract
Biochemists routinely use UV/visible spectrophotometry as a means of identifying and measuring the quantity of many biological compounds. When a new type of compound is isolated however, the method is often unhelpful in determining its chemical nature, and other spectroscopic methods must be used. The iron-sulphur proteins have recently been recognised as major components of bioenergetic systems such as respiration and photosynthesis. They represent a totally new type of biological compound. The simplest types of iron-sulphur proteins, the ferredoxins, have been investigated by a wide range of spectroscopic methods, including magnetic resonance and Mössbauer spectroscopy. Such methods involve problems in the preparation of concentrated, pure samples, and the work requires a close cooperation between the preparative biochemist and the spectroscopist. The results of application of different spectroscopic techniques on the eightiron ferredoxin from Clostridium pasteurianum are described, and the results are compared with those from a chemical analog of the iron-sulphur cluster. The protein clearly has an influence on the properties of the iron-sulphur cluster, as shown by modifications to its oxidation-reduction potential and reactivity. The applications of Mossbauer spectroscopy are being extended to the more complex iron-sulphur proteins such as nitrogenase, and to the photochemical reactions of photosynthesis.