ELECTROCHEMICAL METHODOLOGIES FOR THE THERMODYNAMICALS AND KINETICALS CHARACTERIZATION OF BIOMOLECULAR RECOGNITION : APPLICATION TO THE SYSTEM APTAMER / CHIRAL MOLECULE
MÉTHODOLOGIES ÉLECTROCHIMIQUES POUR LA CARACTÉRISATION THERMODYNAMIQUE ET CINÉTIQUE DE RECONNAISSANCE BIOMOLÉCULAIRE : APPLICATION AU SYSTÈME APTAMÈRE/MOLÉCULE CHIRALE
Résumé
This thesis concerns the development of new electrochemical methodologies for the characterization
of enantioselective biomolecular recognition between an aptamer and its chiral target.
By using a model system, the L-Tyrosinamide and its aptamer of 49 nucleotids, a first analytical
device for the detection of the complexation in homogeneous phase was optimized. This approach is
based on the difference of diffusion coefficient that exists between the free state of the target and
the complexed state with the aptamer. Initially based on the intrinsic electroactivity of the target, via
the phenolic function, this approach was extended to non electroactive molecules thanks to a
competitive exchange strategy by marking the target with a redox function (ferrocene). This
methodology was successfully used for the precise measure of enantiomeric excess until 0,1 %.
Coupled with a qualitative approach based on the prediction of the tertiary structures of the
aptamer, this technic also allowed to determine the minimal required sequence of 23 nucleotids to
insure the recognition.
A second device combining the advantage of working in microvolume (use of small quantities of
reactives) and the advantages of electrochemical measures in forced convection (short mixing time,
stationary current) was also developped. This method of stationnary electrochemistry in
microvolume then allowed the characterization of the kinetics (association constant kon and
dissociation constant koff) and the thermodynamics (Kd) of the reaction.
Cette thèse porte sur la mise au point de nouvelles méthodologies électrochimiques pour la
caractérisation d’une reconnaissance (bio)moléculaire énantiosélective entre un aptamère et sa
cible.
En utilisant comme système modèle la L-Tyrosinamide et son aptamère de 49 nucléotides, un
premier dispositif analytique pour la détection de la complexation en phase homogène a été mis au
point. Cette approche repose sur la différence de coefficient de diffusion qui existe entre la forme
libre de la cible et la forme complexée à l’aptamère. Initialement basée sur l’électroactivité
intrinsèque de la cible via la fonction phénol, cette approche a été étendue aux molécules non
électroactive grâce à une stratégie d’échange compétitif en marquant la cible par une fonction redox
(ferrocène). Cette méthodologie a été utilisée avec succès pour la mesure précise d’excès
énantiomériques jusqu’à 0,1 %. Couplée à une approche qualitative basée sur la prédiction des
structures tertiaires de l’aptamère, cette technique a également permis de déterminer la séquence
minimale requise de 23 nucléotides pour assurer la reconnaissance.
Un second dispositif combinant l’avantage de pouvoir travailler en microvolume (utilisation de faibles
quantités de réactifs) aux avantages de mesures électrochimiques en convection forcée (temps de
mélange rapide, courants stationnaires) a également été mis au point. Cette méthode
d’électrochimie stationnaire en microvolume a alors permis de caractériser la cinétique (constante
d’association kon et de dissociation koff) et la thermodynamique (Kd) de la réaction.
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