Mise en oeuvre de déshydrogénases dans un réacteur électrochimique de régénération du NAD

Use of dehydrogenases for the electrochemical regeneration of NAD+ in a plug-flow reactor

• Auteur / Autrice : Abdelaziz Fassouane
• Direction : Christian Bourdillon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Enzymatique, Bioconversion et Microbiologie
• Date : Soutenance en 1989
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Enzymes

Électrocatalyse

Oxydoréductases

NAD (coenzyme)

Fibres de graphite

Électrodes

Réacteurs à lit fixe

Électrochimie

Régénération (biologie)

Résumé

Nous avons réalisé une régénération électrochimique du NAD+ sur feutre de graphite dans un réacteur électroenzymatique fermé. Le rendement électrochimique est supérieur à 99,95%, le courant maximum est de 0,1 A et le nombre de cycles effectués est de 250 cycles/h au début de la réaction. La fréquence de régénération à la fin de l'expérience chute à 50 cycles/h à cause de l'enzyme qui s'inactive très vite. Le courant catalytique dépend de la concentration d'enzyme active dans le réacteur. Nous avons mis en oeuvre dans le réacteur électroenzymatique deux déshydrogénases, la YADH et la GLDH, catalysant des réactions réversibles. Lors de la mise en œuvre de ces deux enzymes, on se heurte à un problème : l'équilibre thermodynamique. L'équilibre est en faveur de la réduction d'acétaldéhyde et du dihydroxyacétone par la YADH et la GLDH respectivement. La productivité du réacteur est donc fortement limitée par cet équilibre. Le déplacement d'équilibre par la réaction électrochimique en réacteur ouvert et ferme est réalisable, mais insuffisant. La productivité du réacteur est très faible pour une application industrielle. Le problème fondamental est lie à l'enrichissement du réacteur en produit de la réaction. Cet enrichissement entraine une chute du courant catalytique à cause de l'inhibition de l'enzyme par le produit. Cette inhibition ne peut pas être levée par simple augmentation du substrat comme dans le cas d'une inhibition compétitive. Il est nécessaire d'éliminer le produit en continu pour lever cette inhibition.

Electrochemical regeneration of NAD was performed at a laboratory preparative scale to illustrate both efficiency and intrinsic simplicity of execution of electrochemical method. A powerful plug-flow reactor was realized with a flow through graphite felt electrode, the ratio of the effective area of electrode/volume of reactor increased up to 380 cm²/cm3. This graphite felt electrode was able to oxidize NADH coenzyme at a very low overvoltage. On the example of the gluconic acid production catalyzed by glucose dehydrogenase, current as high as 0. 1 Ampere was obtained in experience where enzymatic activity was the main limitation. In confirmation of our previous works, the results show that the yield of NADH electrochemical oxidation is better than 99. 95%.