Conception de réacteurs électro-enzymatiques pour la mise en oeuvre de mono-oxygénases

par Aurélie Pardo

Thèse de doctorat en Sciences des procédés

Sous la direction de Alain Bergel et de Régine Basseguy.

Soutenue en 2004

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'objectif ultime consistait à concevoir un réacteur électrochimique pour réaliser des synthèses enzymatiques. Dans une première étape, il a été nécessaire de choisir un moyen d'immobiliser l'enzyme à la surface de l'électrode. Une technique originale a été mise en place et appelée cast polyion film, par modification de la technique classique dite layer-by-layer. Par dépôt successif d'une solution de polymère cationique (le polyéthylèneimine) et d'une solution protéinique, l'enzyme se retrouve confinée proche de l'électrode. Cette technique est développée par une étude avec la myoglobine et appliquée en synthèse avec le cytochrome P450BM3 et la styrène mono-oxygénase. Ces deux mono-oxygénases catalysent les réactions d'hydroxylation de l'octane en octanol et d'epoxydation du styrène en oxyde de styrène respectivement. L'approche expérimentale menée sur une électrode tridimensionnelle en feutre de graphite démontre qu'elles peuvent catalyser les réactions d'oxydation des substrats appropriés lorsqu'elles sont couplées au processus électrochimique. Les premiers essais de synthèse en réacteur filtre-presse ont été effectués avec la biotransformation du styrène en oxyde de styrène catalysée par la myoglobine. Sur cette base un réacteur muni d'une membrane d'ultrafiltration a été proposé et qui optimiserait la quantité d'enzyme retenue à proximité de l'électrode et éviterait tout relargage en solution. Ces résultats démontrent la faisabilité des deux synthèses enzymatiques au sein de réacteurs électrochimiques de laboratoire et permettent d'identifier les paramètres qu'il est encore nécessaire d'optimiser pour atteindre un procédé industriel.

  • Titre traduit

    Engineering of electro-enzymatic reactors for monooxygenases applications


  • Résumé

    The goal consists in achieving an electroenzymatic reactor to realize enzymatics systems. Firstly, a immobilisation technique of the enzyme on the electrode surface had to be chosen. An original method was proposed and called "cast polyion", it is a modification of the classical "layer-by-layer" technique. By alternate deposition of a polycationic (polyethyleneimine) solution and of a proteinic solution, the enzyme was coatched so close to the electrode surface. This technique was developed and tested by a study with the myoglobin and it was applied to the synthesis with the cytochrome P450BM3 and the styrene monooxygenase. These monooxygenases catalyse hydroxylation reaction of the octane to octanol and the styrene epoxydation to styrene oxide respectively. The experimental approach on a three dimensional graphite felt electrode shows that these enzymes can catalyse the oxidation reaction on the appropriate substrates with an electrochemical process. The first synthesis in a filter-press reactor were carried out with the biotransformation of styrene to styrene oxide catalysed by the myoglobin. A reactor with an ultrafiltration membrane was proposed and could optimize the enzyme quantity closed to the electrode and avoided the enzyme desorption in solution. These results show the feasibility of the two enzymatic synthesis within electroenzymatic laboratory reactors and allow to identify parameters that have to be optimized for the scaling up to an industrial process.

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Informations

  • Détails : 211 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 191

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2004TOU30067
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