Exploration de la spécificité de substrats d'aldolases pour des applications en synthèse organique

Exploration of the specificity of aldolase substrates for applications in organic synthesis

• Auteur / Autrice : Léo Paulat
• Direction : Christine Helaine, Marielle Lemaire
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique et bio-organique
• Date : Soutenance le 04/12/2024
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (Aubière, Puy-de-Dôme ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne Zaparucha
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Christophe Lec, Francis Giraud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Alphand, Sébastien Fort

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dissertation universitaire

Aldehyde-lyases

Biocatalyse

Mots clés libres

Biocatalyse

Chimie

Aldolase

Biocatalysis

Chemistry

Aldolase

Résumé

Cette thèse explore la spécificité de substrats d'aldolases pour de nouvelles applications en synthèse organique. Ainsi, par l'étude de plusieurs familles d'aldolases, nous avons cherché à enrichir la « boîte à outil » du chimiste organicien, tout en apportant une compréhension fondamentale des mécanismes de nos biocatalyseurs.La première partie se concentre sur deux nouvelles dihydroxyacétone aldolases issues de la biodiversité. Ces deux nouvelles enzymes ont fait l'objet de caractérisations biochimiques et ont été utilisées en synthèse. Présentant chacune des propriétés inédites, des études de modélisations moléculaires ont été réalisées afin de proposer des modèles structuraux expliquant ces différences.La deuxième partie porte sur les dihydroxyacétone phosphate (DHAP) aldolases. Cette famille d'enzyme est constituée de 4 sous familles dont l'une d'entre elles a permis l'obtention d'alcools tertiaires et l'oxydation du DHAP. Nous avons souhaité évaluer le potentiel synthétique des 3 autres sous famillles pour la synthèse d'alcools tertiaires ainsi que leur capacité d'oxydation.La dernière partie est dédiée à l'étude plus particulière d'une des 4 sous famille de DHAP aldolase : les tagatose-1,6-bisphosphate aldolases (TagA), une famille méconnue de DHAP aldolases souvent décrite comme peu stéréosélective dans la littérature. Un criblage dans la biodiversité d'environ 200 biocatalyseurs a ainsi permis d'identifier des TagA performantes, améliorant la compréhension de leur mécanisme enzymatique et facilitant la synthèse de molécules d'intérêts comme le D-tagatose.

This thesis explores the specificity of aldolase substrates for new applications in organic synthesis. By studying several families of aldolases, we have sought to enrich the organic chemist's ‘toolbox', while providing a fundamental understanding of the mechanisms of our biocatalysts.The first part focuses on two new dihydroxyacetone aldolases derived from biodiversity. These two new enzymes have been biochemically characterised and used in synthesis. Each exhibiting novel properties, molecular modelling studies were carried out in order to propose structural models to explain these differences.The second part focuses on dihydroxyacetone phosphate (DHAP) aldolases. This enzyme family is made up of 4 sub-families, one of which has been used to obtain tertiary alcohols and oxidise DHAP. We wanted to assess the synthetic potential of the other 3 sub-families for the synthesis of tertiary alcohols, as well as their oxidation capacity.The last part is devoted to a more specific study of one of the 4 DHAP aldolase subfamilies: tagatose-1,6-bisphosphate aldolases (TagA), a little-known family of DHAP aldolases often described in the literature as not very stereoselective. A screening of the biodiversity of around 200 biocatalysts has enabled us to identify high-performance TagAs, improving our understanding of their enzymatic mechanism and facilitating the synthesis of molecules of interest such as D-tagatose.