Oxydases terminales chez la bactérie pourpre Rubrivivax gelatinosus : rôle et mise en place dans la membrane

par Bahia Khalfaoui Hassani

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Chantal Astier et de Soufian Ouchane.

Soutenue en 2010

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Bactéries
• Photosynthèse
• Oxydoréductases

Résumé

La bactérie pourpre Rubrivivax gelatinosus se développe en utilisant la photosynthèse et la respiration. Dans le cadre des études menées sur la régulation des gènes photosynthétiques par l’oxygène, nous nous sommes intéressés à l’étude des oxydases terminales, enzymes catalysant la réduction de l’oxygène en eau dans la respiration. Dans ce travail, nous avons étudié le rôle physiologique de ces complexes et la mise en place de leurs cofacteurs. Nous avons identifié deux oxydases terminales, cbb3 et bd, fonctionnelles dans la souche sauvage. Un suppresseur exprimant l’oxydase caa3 a été également sélectionné. Notre travail a permis de montrer que ces oxydases terminales jouent un rôle important dans l’initiation de la photosynthèse. Ainsi, l’activité de ces complexes a pour conséquence la réduction de l’oxygène nécessaire à l’expression des gènes photosynthétiques. Nous avons également analysé les caractéristiques spectroscopiques de l’oxydase cbb3 par RPE et par spectroscopie UV/visible. L’hème c de la sous-unité CcoO de cette oxydase présente deux position du 6ème ligand axial, Met143 et His130. Ce changement de ligand s’accompagne d’un changement de potentiel redox, probablement important pour l’activité de l’enzyme. L’identification des oxydases de type hème-cuivre, cbb3 dans la souche sauvage et caa3 dans un suppresseur, a permis d’initier une étude sur leur biogenèse et particulièrement la mise en place du cuivre. Cette étude a permis d’identifier un transporteur putatif CtpA et des chaperonnes qui permettraient la mise en place de ce métal dans ces oxydases mais aussi dans la N2O réductase, enzyme de la chaîne de dénitrification.

Titre traduit

Terminal oxidases from the purple bacterium Rubrivivax gelatinosus : role and biogenesis

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Résumé

Rubrivivax gelatinosus is a purple bacterium that grows by photosynthesis or aerobic respiration. Photosynthetic genes are regulated by oxygen in this bacterium and to further address this oxygen control; we investigated the role of terminal oxidase complexes (cbb3, caa3 and bd) in photosynthesis. These complexes are the enzymes reducing oxygen into water during the aerobic respiration. Their physiological role and biogenesis were investigated. This work allowed the identification of two functional terminal oxidases, cbb3 and bd in the wild type. A suppressor that expresses a functional caa3 oxidase was also selected. Our results demonstrate that these terminal oxidases play a crucial role in photosynthesis initiation. These complexes are required for the removal of oxygen to abolish gene repression mediated by oxygen sensing regulators. We have also studied the cbb3 oxidase by optical and EPR spectroscopy as well as by electrochemistry. The CcoO subunit from this oxidase was found in two different conformations, with either Met143 or His130 serving as 6th ligand to the heme. The ligand change is accompanied by modifications of redox midpoint potential probably important for the enzyme activity. The identification of cbb3 oxidase in the wild type and caa3 oxidase in the suppressor allowed the study of these heme-copper complexes biogenesis, especially the copper transport and insertion. In this work, the role of a putative copper transporter CtpA and chaperones in the assembly of these complexes was demonstrated. Furthermore, we have shown that CtpA is also required for N2O reductase assembly, an enzyme involved in the denitrification pathway.