Au cours du fonctionnement des métalloprotéines impliquées dans des réactions d'oxydo-réduction, les métaux des sites actifs changent de valence (degré d'oxydation). Si ce phénomène est relativement simple pour les protéines contenant un seul métal, la situation se complique lorsque les sites actifs comportent deux ions métalliques ou davantage. Il est alors important de savoir si le changement de valence est distribué sur plusieurs atomes métalliques (délocalisation) ou sur un seul d'entre eux (localisation), et dans ce dernier cas d'identifier l'atome impliqué.

Ce type d'information peut être obtenu, encore que de manière souvent incomplète, par des spectroscopies magnétiques (RPE, RMN, Möessbauer). Il était jusqu'ici impossible de tirer de telles données de la cristallographie aux rayons X, qui est par ailleurs la méthode de choix pour déterminer la structure des protéines et de leurs sites actifs métalliques.

Le degré d'oxydation d'un atome métallique peut être déterminé par une autre technique mettant en œuvre les rayons X, la spectroscopie d'absorption : en effet, la position du seuil d'absorption X caractéristique de chaque type de métal dépend de son degré d'oxydation. Le spectre dans la région du seuil d'absorption X d'un atome donné permet ainsi de déterminer son degré d'oxydation (Figure 1).
Il était donc tentant de combiner les deux méthodes, diffraction et absorption, afin de déterminer à la fois la structure géométrique d'un site actif métallique, et les valences des atomes métalliques le constituant.

Les chercheurs ont réalisé cette expérience en utilisant une protéine relativement simple (ferrédoxine à site binucléaire de fer) dont nous avions déjà déterminé des structures cristallographiques à haute résolution. Des expériences de diffraction mettant en œuvre le rayonnement X à plusieurs longueurs d'onde proches du seuil d'absorption du fer (Figure 2) ont permis de déterminer les spectres d'absorption individuels de chacun des deux atomes de fer du site actif, et d'en déduire leurs valences. L'atome de fer réduit (valence II) a pu être localisé sans ambiguïté dans la structure (Figure 2).

Le succès de cette expérience, réalisée dans un premier temps avec un système relativement simple, a permis de valider cette nouvelle méthode. Il est maintenant envisagé d'étendre son application à des sites actifs comportant un plus grand nombre d'atomes et des distributions de valences plus complexes. En effet, certains des enzymes clés du métabolisme de l’hydrogène (hydrogénases) et de la fixation fixation de l’azote (nitrogénases) possèdent des sites actifs pouvant comprendre jusqu’à six ou huit atomes de fer. Dans de tels cas la détermination des valences des atomes de fer reste un problème difficile dont l’élucidation peut être espérée par des expériences analogues à celles décrites ici.