Caractérisation électrochimique et spectroscopique de protéines membranaires immobilisées sur des nanomatériaux

Electrochemical and spectroscopic characterization of membrane proteins immobilized on nanomaterials

• Auteur / Autrice : Thomas Meyer
• Direction : Petra Hellwig
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 19/02/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière complexe (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Ruhlmann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Léger, Véronique Balland

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrochimie

Spectroscopie infrarouge

Nanoparticules d'or

Cytochromes

Protéines membranaires

Mots clés libres

Bioénergétique

Chaine respiratoire

Électrochimie directe

Spectroscopie IRTF

Spectroscopie UV-Vis

Modification de surfaces

Nanoparticules

Oxydases terminales

Complexe IV

Cytochrome c oxydase

Quinol oxydase

Bioenergetics

Respiratory chain

Direct electrochemistry

FTIR spectroscopy

UV-Vis spectroscopy

Surface functionalization

Nanoparticles

Terminal oxidases

Complex IV

Cytochrome c oxydase

Quinol oxydase

Résumé

Le domaine de la bioénergétique concerne l’étude des échanges et des transformations de l’énergie au sein des organismes vivants. Cette thèse propose une étude électrochimique et spectroscopique de protéines issues de la chaine respiratoire, les oxydases terminales, afin de comprendre l’influence de différentes propriétés de ces enzymes (potentiels des cofacteurs, dépendance pH…) sur leur mécanisme réactionnel. La première partie de ce travail décrit le développement d’une méthode d’immobilisation permettant de conserver l’intégrité et l’activité de ces enzymes. Cette technique a d’abord été utilisée pour étudier l’inhibition de la cytochrome aa3 oxydase de P. denitrificans et a permis de mettre en avant l’importance du transfert de protons sur la réaction de réduction de l’oxygène. Une deuxième étude propose de comparer deux isoformes de la cytochrome cbb3 oxydase dont aucune différence n’a été observée à ce jour. La spectroscopie IRTF couplée à l’électrochimie montre l’implication de résidus acides différents au cours de la réaction d’oxydoréduction suggérant des différences mécanistiques. La dernière partie propose une étude comparative d’oxydases terminales de différents types et met en perspective l’influence des potentiels relatifs des hèmes sur la réaction de réduction de l’oxygène.

The field of bioenergetics concerns the study of exchange and transformation of energy in living organisms. This manuscript proposes an electrochemical and spectroscopic study of the fourth complex of the respiratory chain, the terminal oxidases. The aim of this study was to understand the influence of some properties of these enzymes (potential of the cofactors, pH dependency…) on the catalytic mechanism. The first part describes an immobilization procedure which retains the protein activity and structure. This procedure has been applied for the study the inhibition of the proton pathways of cytochrome aa3 oxidase from P. denitrificans and shows the importance of proton transfer on the oxygen reduction. In a second study, two isoforms of cytochrome cbb3 oxidase were compared. No differences were observed between them until now. Our electrochemically induced FTIR spectroscopy study suggests the implication of different acidic residues during the redox reaction implying differences in the mechanism of these enzymes. The last part deals with the comparison of terminal oxidases of different types and shows the influence of the relative order of the midpoint potentials of the hemes on the oxygen reduction.