Hydroxylation aromatique flavine-dépendante

Flavin-dependent hydroxylation of aromatic compounds

• Auteur / Autrice : Yifan Deng
• Direction : Marc Fontecave
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 10/12/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie moléculaire de Paris Centre (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie des processus biologiques (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Claude Jolivalt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Ploux, Ariane Jalila Simaan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rhodium -- Composés

Flavoprotéines

Hydroxylation

Biocatalyse

Mots clés libres

Flavine-dépendante monooxygénase

Hydroxylation aromatique

Structure rayon X

Complexe de rhodium

Catalyseur hétérogénéisation

Cofacteurs régénération

Flavin dependent monooxygenase

Aromatic compounds hydroxylation

Cofactors regeneration

Résumé

Le marché mondial des enzymes industrielles, estimé à 17 milliards USD en 2025, continue à croître. La forte demande attire de plus en plus l'attention en raison des avantages de ces enzymes à efficacité élevée, faible coût et respect de l'environnement. Les biocatalyseurs sont développés en raison de la demande dans les domaines pharmaceutique, de la recherche, de la biotechnologie et du diagnostic. L'objectif de ce projet est de réaliser un système in vitro capable de catalyser une réaction d'hydroxylation aromatique. Ce projet est principalement divisé en deux parties. Après une introduction, les détails de l’établissement du système seront décrits et suivis d’une étude sur les propriétés biochimiques. Afin d’obtenir un rendement plus élevé en produits à haute valeur ajoutée, l’activité sur des substrats non naturels doit être renforcée. Une approche cristallographie-structure-mutagenèse est appliquée, basée sur la structure modèle de l'enzyme, certains résidus sont mutés en acide aminé spécifique et l'activité de ces mutants est testée sur des non-substrats. L'hydroxylation est une réaction redox, des cofacteurs sont nécessaires. Pour un système in vitro, il faut réduire les coûts de production en évitant d’utiliser des cofacteurs de forme réduite qui est à prix élevé. Un système de régénération sera introduit. Le système de régénération enzymatique actuellement utilisé dans la production industrielle reste une méthode efficace. De nouvelles méthodes telles que la régénération électrochimique, la régénération catalysée par des complexes organométalliques montrent une activité comparable au système enzymatique. Afin de faciliter le recyclage du catalyseur, un processus d’hétérogénéisation du catalyseur est appliqué. Un exemple d'immobilisation d'un complexe organométallique à base de Rh sur une Bipyridine-Périodique Mésoporeuse Organosilica (Bpy-PMO) est étudié. Ce catalyseur hétérogène montre une activité de régénération et une recyclabilité relativement intéressante.

The growing global market of industrial enzymes is estimated to attain 17 billion USD in 2025. The strong demand and many advantages such as high efficiency, low cost, environmentally friendly procedures draw more attention to its use. Besides the regular utilization, specialty enzymes including biocatalysts are quickly developing due to the demand in pharmaceutics, research & biotechnology, and diagnostics. The objective of this project is to realize an in vitro system which can catalyze an aromatic hydroxylation reaction. This project is divided into two parts. After an introduction, the details of system establishment will be described, followed by a study on biochemical properties. In order to achieve a higher yield on high added value products, activity on non-natural substrates needs to be enhanced. A crystallography-structure-mutagenesis approach is applied, based on the model structure of the enzyme, chosen residues are mutated into specific amino acids and activity of these mutants is tested on non-substrates. Considering hydroxylation is a redox reaction, cofactors are needed. For an in vitro system, in order to lower production cost by avoiding using high price reduced cofactors, a regeneration system will be introduced. The enzymatic regeneration system currently used in industrial production is still considered to be an efficient method. Nevertheless, new methods such as electrochemical regeneration, organometallic complexes catalyzed regeneration show a comparable activity to the aforementioned enzymatic regeneration system. With the goal of facilitating catalyst recycling, a catalyst heterogenization process is applied. Immobilization of a Rh based organometallic complex on Bipyridine-Periodic Mesoporous Organosilica (Bpy-PMO) is investigated as an example. This heterogeneous catalyst shows relatively interesting cofactors regeneration activity and recyclability.