Etude spectroélectrochimique de la réactivité de la cytochrome bd oxydase et des systèmes apparentés avec de petites molécules

Spectroelectrochemical study of the cytochrome bd oxidase and related systems reactivity with small molecules

• Auteur / Autrice : Iryna Makarchuk
• Direction : Petra Hellwig, Frédéric Melin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 05/12/2022
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière complexe (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Elena R. Savinova
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dirk Bald
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Lemaître, Christophe Léger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrocatalyse

Biocapteurs

Fourier, Spectroscopie infrarouge à transformée de

Mots clés libres

Bd oxydase

CNOR

UV-Vis

FTIR

Spectroélectrochimie

Biocapteur

Électrocatalyse

Bd oxidase

CNOR

UV-Vis

FTIR

Spectroelectrochemistry

Biosensor

Electrocatalysis

Résumé

Dans le présent projet, la réactivité de protéines de la chaîne respiratoire d'origine bactérienne, la cytochrome bd oxydase de E. coli et la cNOR de P. denitrificans, avec des petites molécules a été étudiée. Les oxydases bd sont une famille d'oxydases terminales qui assurent la respiration bactérienne dans des conditions microoxiques par réduction de l'oxygène en eau. On estime également qu'elle participe à la résistance aux médicaments et à la protection bactérienne contre les facteurs de stress environnementaux. Le capteur électrochimique basé sur l'oxydase du cytochrome bd-I immobilisée sur la surface des nanoparticules d'or modifiées avec des thiols SAM a été adapté pour l'étude d'inhibition. Le criblage de la bibliothèque de dérivés d'Aurachin D a été réalisé avec succès et l'inhibiteur le plus puissant a été déterminé. Dans le cadre de ce travail, une caractérisation spectroélectrochimique UV-Vis et FTIR des oxydases homologues bd-I et bd-II a aussi été réalisée. La réactivité avec l'oxygène ainsi que la fixation et la libération de l'oxyde nitrique en fonction du pH ont été étudiées pour les oxydases bd de type sauvage et plusieurs mutants. Un autre système enzymatique étudié dans ce travail était la cNOR. La spectroscopie infrarouge et la voltampérométrie à film protéique sur des électrodes en carbone vitreux ont été utilisées pour mettre en évidence les différences de propriétés catalytiques des enzymes avec l'oxyde nitrique et l'oxygène en fonction des caractéristiques structurelles.

In the present project the reactivity of respiratory chain proteins of bacterial origin, cytochrome bd oxidase from E. coli and cNOR from P. denitrificans, with small molecules were studied. Bd oxidases is a family of terminal oxidases that ensures bacterial respiration in microoxic conditions by reduction of oxygen to water. It was also found to participate in the drug-resistance and bacterial protection against adverse environmental stressors. The electrochemical sensor based on cytochrome bd-I oxidase immobilized on the surface of the gold nanoparticles modified with SAM thiols was adapted for inhibition study. The screening of the library of Aurachin D derivatives, was successfully performed and the most potent inhibitor was determined. As another part of this work, UV-Vis and FTIR spectroelectrochemical characterization of the homologues bd-I and bd-II oxidases was carried out. The reactivity with oxygen as well as nitric oxide binding and release as the function of pH was studied for the wild type bd oxidases and several mutants. Another enzymatic system investigated in this work was the cNOR. The infrared spectroscopy method and the protein film voltammetry on glassy carbon electrodes were employed to highlight the differences in catalytic properties of the enzymes with nitric oxide and oxygen in relation to the structural features.