Etude de la biosynthèse de la monoxyde de carbone déshydrogénase, une enzyme-clé de la réaction du gaz à l'eau

par Marila Alfano

Thèse de doctorat en Chimie inorganique et bio inorganique

Sous la direction de Christine Cavazza.

Soutenue le 17-10-2019

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de chimie et biologie des métaux (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Carole Duboc.

Le jury était composé de Christine Cavazza, Anne Volbeda, Laurent Terradot.


  • Résumé

    La CO déshydrogénase (CODH) est une enzyme clé de la réaction du gaz de l'eau (WGSR) chez les carboxydotrophes hydrogénogènes tels que Rhodospirillum rubrum, capable d'utiliser le CO comme source de carbone et d'énergie. Une caractéristique remarquable de la CODH est la présence d'un site actif unique, le C-cluster composé d'un centre[NiFe4S4], dont la biogenèse reste à élucider. L'insertion du nickel est essentielle pour l'activation de cette enzyme et nécessite l'intervention des protéines accessoires CooC, CooJ et CooT, capables de transférer le nickel à la CODH. Au cours de ces travaux, les résultats obtenus sur la caractérisation de CooT et CooJ sont décrits. Dans la famille CooT, deux CooT ont été étudiées : RrCooT et ChCooT. Concernant RrCooT, la particularité de son site à nickel a été identifiée. Le Ni(II) est coordonné par des ligands bis-amidate/bis-thiolate uniquement fourni par les deux Cys2 exposés aux solvants, sans précédent en biologie. La structure cristallographique de ChCooT, ainsi que sa caractérisation biophysique, ont révélé l'identification d'un motif de liaison au nickel "Cys2-His55", mettant en évidence l'existence de deux modes de fixation du métal distincts dans la même famille de protéines. RrCooJ est une protéine riche en histidine : la caractérisation structurale d'une version tronquée dépourvue de la queue Histidine a permis d'identifier la présence de deux sites de fixation de nickel : un "site à haute affinité" dans la partie N-terminale et un second dans la région riche en histidine, suggérant une double fonction pour cette protéine à la fois pour le stockage de nickel et pour la maturation de la CODH. De plus, RrCooJ subit un processus d'oligomérisation dynamique et réversible induit par l’exposition au nickel. Dans l'ensemble, ces résultats permettent de progresser dans la compréhension de la voie de maturation de la CODH.

  • Titre traduit

    Deciphering the biosynthetic pathway of carbon monoxide dehydrogenase, a key enzyme of the watergas shift reaction


  • Résumé

    CO dehydrogenase (CODH) is a key enzyme of the water gas shift reaction (WGSR) in hydrogenogenic carboxydotrophs such as Rhodospirillum rubrum, able to use CO as carbon and energy source. A remarkable feature of CODH is the presence of a unique active site, the C-cluster composed of a [NiFe4S4] center, of which very little is known about its biogenesis. Nickel insertion is essential for the enzyme activation and it requires the intervention of the accessory proteins CooC, CooJ and CooT, able to supply the nickel into the CODH. Here, I report the results obtained from the characterization of CooT and CooJ. From the CooT family, two CooT were studies: RrCooT and ChCooT. Concerning RrCooT, the peculiarity of its nickel-binding site was unveiled. Ni(II) is coordinated by bis-amidate/bis-thiolate ligands provided by both solvent-exposed Cys2, unprecedented in biology. The X-ray structure of ChCooT, as well as its biophysical characterization, revealed the identification of a “Cys2-His55” nickel-binding motif, highlighting the existence of two distinct Ni-binding modes in the same protein family. RrCooJ is a histidine-rich protein: the structural characterization of a truncated version lacking the His-tail enabled us to identify the presence of two nickel binding sites: a “high-affinity site” in the N-terminal part and a second one in the histidine-rich region, suggesting a double function for this protein in both nickel storage and CODH maturation. Further, RrCooJ undergoes a dynamical and reversible oligomerization process upon nickel exposure. Overall, these results bring the scientific knowledge a step forward towards the understanding of the CODH maturation pathway.


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