Décryptage des mécanismes des complexes de la chaîne respiratoire par marquage IR et approches exaltées de surface

Deciphering mechanisms of respiratory chain complexes by IR labelling and surface enhanced approaches

• Auteur / Autrice : Tatjana Gerasimova
• Direction : Petra Hellwig, Friedrich Thorsten
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 16/06/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Albert-Ludwigs-Universität (Freiburg im Breisgau, Allemagne)
• 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 : Christoph Von Ballmoos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Melin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christoph Von Ballmoos, Sophie Lecomte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytochromes

Spectroscopie infrarouge

Mots clés libres

Complexe I

SEIRAS

Marqueur nitrile

Spectroscopie infrarouge

Bd-I oxydase

Complex I

SEIRAS

Nitrile label

Infrared spectroscopy

BD-I oxidase

Résumé

La chaîne respiratoire aérobie d'E. coli se compose de plusieurs déshydrogénases primaires et de réductases terminales. Le complexe I est la plus grande enzyme de la chaîne respiratoire qui catalyse le transfert de deux électrons du NADH à la quinone, couplé à la translocation de quatre protons à travers la membrane. Il a une structure en forme de L composée d'un bras périphérique et d'un bras membranaire. Le couplage des deux processus fait encore l'objet de débats. Un marqueur nitrile a été inséré à proximité de l'une des voies protoniques putatives dans NuoM du complexe I. Des positions individuelles ont été génétiquement changées en cystéines et marquées avec des cyanures. Les marqueurs nitrile sont des marqueurs IR intéressantes car elles peuvent fournir des informations précieuses sur l'environnement local de la sonde dans un environnement protéique défini. Les changements de conformation dans ces positions ont été visualisés avec SEIRAS lors de l'ajout de substrats. La cytochrome bd-I oxydase appartient aux réductases terminales des chaînes respiratoires. Les résidus d'acide glutamique conservés à proximité des hèmes sont importants pour les fonctions de la bd-I oxydase. Ces résidus sont discutés en relation avec le rôle physiologique de l'enzyme.

The aerobic respiratory chain of E. coli consists of several primary dehydrogenases and terminal reductases. Complex I is the largest enzyme in the respiratory chain that catalyzes the transfer of two electrons from NADH to quinone coupled with the translocation of four protons across the membrane. It has an L-shape structure consisting of a peripheral and a membrane arm. The coupling of both processes is still under debate. A nitrile label was inserted in the proximity of one of the putative proton pathways in NuoM of complex I. Individual positions were genetically changed to cysteines and labelled with cyanides. Nitrile labels are attractive IR labels as they can provide valuable information about the local environment of the probe in a defined protein environment. Conformational changes in these positions were visualized with SEIRAS upon addition of substrates. Cytochrome bd-I oxidase belongs to terminal reductases of respiratory chains. Conserved glutamic acid residues in proximity of hemes are important for functions of bd-I oxidase. These findings are discussed in relation to the physiological role of the enzyme.