Etats redox et propriétés catalytiques de l'hydrogénase de désulfovibrio gigas étudiés par électrocatalyse enzymatique

par René-Marc Mège

Thèse de doctorat en Génie enzymatique, bioconversion et microbiologie

Sous la direction de Christian Bourdillon.

Soutenue en 1986

à Compiègne .


  • Résumé

    L'électrocatalyse enzymatique est appliquée à l'hydrogénase de Desulfovibrio gigas. Cette technique permet d'introduire une réaction électrochimique dans le cycle catalytique d'une enzyme possédant un cosubstrat électroactif. L'hydrogénase est directement immobilisée sur la surface d'électrode tournante à disque de carbone vitreux ce qui réduit à quelques nanomètres la distance entre site électrochimique et site enzymatique. La synergie cinétique résultante permet, à la fois, de mesurer et de contrôler l'activité enzymatique immobilisée, par la réaction électrochimique. Cette technique présente de nombreux avantages : anaérobiose plus aisée, contrôle strict du microenvironnement de l'enzyme, possibilité de transfert direct d'électron entre enzyme et électrode, réutilisation possible des molécules enzymatiques. Munis de cet outil, nous avons pu montrer que le transfert direct d'électron entre l'enzyme et la surface d'électrode modifiée par adsorption de méthyle viologène est possible dès lors que les molécules enzymatiques sont convenablement orientées (site enzymatique en contact de la couche adsorbée). Le transfert d'électrons s'accompagne d'une catalyse enzymatique et les propriétés biochimiques de l'hydrogénase ne semblent pas modifiées. Enfin, nous avons pu démonter l'existence de deux types d'activation/inactivation de l'hydrogénase : premièrement, une activation lente par un milieu réducteur (t ½ = 2h) et une activation lente par l'oxygène dont une partie est irréversible ; deuxièmement, une inactivation réversible anaérobie, par un potentiel oxydant (t ½ = 10 min. ). Cette modulation de l'activité est contrôlée par le couple Ni III/NiII (E ½ = - 455 mV/ECS à pH 8,3) échangeant un proton et un électron. Nous proposons un schéma d'activation/inactivation de l'hydrogénase faisant intervenir le cluster (3Fe – xS) et l'atome de nickel.

  • Titre traduit

    Study of redox states and catalytic properties of the desulfovibrio gigas hydrogenase using enzymatic electrocatalysis


  • Résumé

    Enzymatic electrocatalysis allows the introduction of an electrochemical reaction in the catalytic cycle of an enzyme having a redox cosubstrate. This method is adapted here to the D. Gigas hydrogenase. The enzyme is directly immobilized on the surface of the glassy carbon rotating disc electrode, so enzymatic sites are very close to electrochemical sites. The enzymatic reaction is measured and controlled by the electrochemical reaction. This method has several advantages : the control of the anaerobic conditions and of the microenvironment composition are easy, the enzyme can directly transfer electrons to the electrode surface, and the same molecules can be used several times. We have demonstrated that there is a direct electron transfer between the enzyme and the lectrode modified by adsorption of methyl viologen. The direct electron transfer is followed by enzymatic catalysis and the biochemical properties of the hydrogenase are not changed. We have also demonstrated the existence of two kinds of activation/inactivation processes. The first one, already described for the enzyme stored for some months in aerobic conditions, is a slow activation by molecular hydrogen or a reducing medium (half-reaction time = 2h). The second one is an anaerobic inactivation by an oxidizing potential. The first order inactivation (half-reaction time = 10 min) is fully reversible. This modulation of the activity level is controlled by an Ni (III) / Ni (II) redox couple (E ½ = - 455 mV/calomel-saturated KCL electrode at pH 8,3) involving one electron and one proton. This work proposes an explanation for the activation of the hydrogenase taking into account the participation of an (Fe-S) cluster and of the nickel atom.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (95 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 78 réf.

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  • Bibliothèque :
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1986 MEG D26
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