Chélation

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Complexe chélate de l'EDTA avec un cation métallique

La chélation (prononcer kélassion, du grec khêlê : « pince ») est un processus physico-chimique au cours duquel est formé un complexe, le chélate, entre un ligand, dit chélateur (ou chélatant), et un cation (ou atome) métallique, alors complexé, dit chélaté.

Le « chélate » se distingue du simple « complexe » par le fait que le cation métallique est fixé au chélateur par au moins deux liaisons de coordination définissant un cycle avec le métal, à la manière d'une pince, d'où le nom. Le nombre de liaisons métal-ligand qu'il est possible de former définit la « denticité » : on parle de coordinats bidentes, tridentes, tétradentes, etc, ainsi que de ligands monodentates, bidentates, polydentates. L’atome central est lié aux atomes voisins par au moins deux liaisons en formant une structure annulaire, un cycle chélate. Les cycles chélates les plus stables sont les cycles chélates à 5 et à 6 chaînons. Grâce à cet effet, les chélates sont des complexes plus stables que les complexes de ligands monodentes comportant les mêmes fonctions chimiques.

Des chélateurs sont utilisés comme médicaments (en cas de saturnisme par exemple), mais doivent être utilisés avec précaution car pouvant interférer avec d'autres métaux que le métal cible, et pouvant interférer avec l'immunité[1].

Typologie des chélateurs[modifier | modifier le code]

Il existe des chélatants faibles, qui forment des complexes labiles et instables, et des chélatants forts, tels l'EDTA, qui peuvent former des complexes extrêmement stables et inertes, caractérisés par des constantes de dissociation inférieures à 10-27, c'est-à-dire que la forme complexée est un milliard de milliard de milliard de fois plus stable que la forme dissociée.

Fonctions biologiques[modifier | modifier le code]

La chélation est un phénomène naturel fondamental

  • en chimie bioinorganique : par exemple les ions de cobalt dans la vitamine B12, de magnésium dans la chlorophylle, de cuivre dans l'hémocyanine ou de fer dans l'hémoglobine sont chélatés.
  • en biologie : la plupart des organismes vivants produisent des protéines spéciales (métallothionéines), riches en soufre qui contribuent à détoxiquer l'organisme.
  • Chez l'homme, les individus le font plus ou moins efficacement selon leur patrimoine génétique. Ceux dont l'organisme ne se détoxifie pas assez vite ont plus de risque de développer des maladies neurodégénératives (Maladie d'Alzheimer (MA) notamment), en particulier en cas d'exposition au mercure inorganique perdu par les plombages dentaires[2]. Chez les personnes génétiquement moins aptes à sa détoxication, le mercure augmente quantitativement et ses effets toxiques sont aggravés (hydrargyrisme). Remarque : la susceptibilité génétique au mercure est liée au polymorphisme du gène de l’apolipoprotéine E ou APOE ; elle est corrélée à un risque beaucoup plus élevé de développer une MA et de la développer plus jeune[3],[4]. Un trouble cognitif léger a aussi plus de valeur prédictive chez ces derniers[5]. Ce gène APOE existe sous 3 formes (allèles APOE2, APOE3 et APOE4). L'APOE 2 est plutôt protecteur, alors que l'APOE4 expose au risque maximal (y compris pour l'âge) [6],[7],[8]. Par exemple, un caucasien homozygote pour APOE2 a 25 fois moins de risques de MA que son homologue homozygote pour APOE4 (OR = 0,6 vs 14,9).

Applications[modifier | modifier le code]

Les applications des chélateurs sont nombreuses, par exemple :

  • en médecine : lors d'une intoxication avec des poisons métalliques ou contamination interne par des produits radiologiques (plutonium, américium, berkélium, curium, yttrium, californium…), cette propriété est mise à profit avec des antidotes - par exemple du Zn-DTPA ou Ca-DTPA - qui forment un chélate éliminé lors de la miction. Cette capacité de soustraire les cations métalliques du milieu est appelée séquestration : on donne donc aussi aux chélateurs le nom d'agents séquestrants.
  • en imagerie médicale : en IRM, le gadolinium est utilisé comme agent de contraste sous forme de chelate pour limiter la toxicité de celui-ci sur l'organisme vivant[9],
  • en chimie analytique,
  • dans l'industrie nucléaire,
  • dans la teinturerie,
  • dans la métallurgie,
  • en agronomie : ces agents peuvent soit passiver une surface métallique (comme le cuivre) par complexation (liaison pendante en surface) soit éloigner les ions métalliques de la surface,
  • en histologie : on utilise des chélateurs du Ca++ (de type EDTA) au cours de l'étape de décalcification des tissus osseux et dentaires. Cette étape est en général nécessaire pour permettre la coupe du prélèvement ; attention toutefois, elle est à éviter si possible, car elle provoque l'altération de la pièce à étudier.


Il existe aussi des chélateurs naturels tels que des molécules contenues dans la bardane, l'ail, le lierre terrestre, les algues et la coriandre[réf. nécessaire].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Roger Segelken (1999), 3.4.99/lead-immune.html. CU study: Common lead poisoning therapy may alter immune system; March 4, 1999
  2. Mutter J, Naumann J, Sadaghiani C, Schneider R, Walach H. Alzheimer disease: mercury as pathogenetic factor and apolipoprotein E as a moderator;Neuro Endocrinol Lett.Octobre 2004 ; 25(5):331-9.
  3. Blacker D, Haines JL, Rodes L, Terwedow H, Go RC, Harrell LE, Perry RT, Bassett SS, Chase G, Meyers D, Albert MS, Tanzi R. ApoE-4 and age at onset of Alzheimer's disease: the NIMH genetics initiative. 1: Neurology. Janvier 1997 Jan ; 48(1):139-47
  4. Olarte L, Schupf N, Lee JH, Tang MX, Santana V, Williamson J, Maramreddy P, Tycko B,Mayeux R.Apolipoprotein E epsilon4 and age at onset of sporadic and familial Alzheimer disease in Caribbean Hispanics. ; Arch Neurol. Novembre 2006  ; 63(11):1586-90
  5. Aggarwal NT, Wilson RS, Beck TL, Bienias JL, Berry-Kravis E, Bennett DA. ; The apolipoprotein E epsilon4 allele and incident Alzheimer's disease in persons with mild cognitive impairment. Neurocase. Février 2005 ; 11(1):3-7
  6. Huang Y. ; Apolipoprotein E and Alzheimer disease. ; Neurology. 2006 Jan 24;66(2 Suppl 1):S79-85
  7. Slooter AJ, Cruts M, Kalmijn S, Hofman A, Breteler MM, Van Broeckhoven C, van Duijn CM Arch Neurol ; Risk estimates of dementia by apolipoprotein E genotypes from a population-based incidence study : the Rotterdam Study. Juillet 1998 ; 55(7):964-8
  8. Effects of age, sex, and ethnicity on the association between apolipoprotein E genotype and Alzheimer disease. A meta-analysis. APOE and Alzheimer Disease Meta Analysis Consortium. Farrer LA, Cupples LA, Haines JL, Hyman B, Kukull WA, Mayeux R, Myers RH, Pericak-Vance MA, Risch N, van Duijn CM JAMA. Octobre 1997 ; 2-29;278(16):1349-56.
  9. Principe de l'IRM, agents de contraste, CultureSciences-Chimie, ENS, 10 mai 2010

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

  • (en) Description et utilisation de trisodium calcium diethylenetriaminepentaacetate dans l'élimination des produits transuraniques par chélation [1]. Radiation Emergency Assistance Center/Training Site
  • Traitement d'ouvriers contaminés par des produits radiologiques avec des infusions de Ca-DPTA. Radioprotection 2004, Vol. 39, no 3, pages 383 à 387 [2]