Sondes vibrationnelles pour l'exploration des enzymes d'oxydoréduction

Vibrational Probes for Redox Enzymes Exploration

• Auteur / Autrice : Thelma Barnetche
• Direction : Thierry Tron
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences Chimiques
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences Chimiques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISM2 - Institut des Sciences Moléculaires de Marseille
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Biosciences

Mots clés

Mots clés libres

Spectroélectrochimie

Enzymes d'oxydoréduction

Catalyse

Orientation

Spectroelectrochemistry

Redox enzymes

Catalysis

Orientation

Résumé

Les enzymes d'oxydoréduction sont des biocatalyseurs extrêmement efficaces qui présentent un large éventail d'applications potentielles, notamment dans les domaines de la bioénergie, des piles à combustible, des biocapteurs, de la valorisation des déchets, de la chimie fine et des applications biomédicales. La maturation de ces technologies nécessite la résolution de deux obstacles bien identifiés : le développement de méthodes pour l'immobilisation et l'orientation des enzymes sur un support conducteur et une compréhension détaillée de leur mécanisme catalytique. Ce projet de thèse vise à développer une méthodologie innovante pour caractériser les enzymes redox dans des conditions natives (in situ) et pendant la catalyse (in operando). Cette nouvelle approche repose sur deux piliers : (1) l'introduction de sondes vibrationnelles spécifiques à un site (VP) dans une enzyme redox par ingénierie génétique et modification chimique post-traductionnelle et (2) la spectroélectrochimie SEIRA (Surface Enhanced InfraRed Absorption), qui permet le suivi simultané de l'activité électrochimique et des détails structurels de l'enzyme redox. Cette méthodologie sera appliquée à une enzyme redox modèle : la Laccase. Cette oxydase à plusieurs centres de cuivre couple l'oxydation monoélectronique de petites molécules organiques à la réduction à quatre électrons de l'oxygène en eau. Positionnées de manière appropriée à la surface ou à l'intérieur de la Laccase, les sondes vibrationnelles permettront une caractérisation détaillée et sans précédent de son fonctionnement au niveau moléculaire.

Redox enzymes are extremely efficient biocatalysts with a wide range of potential applications including bioenergy, biofuel cells, biosensors, waste valuation, fine chemicals and biomedical applications. The maturation of these technologies requires the removal of two well-identified barriers: the development of methods for perennial immobilisation and orientation on a conductive support and a detailed understanding of their catalytic mechanism. This PhD project aims to develop an innovative methodology to characterise redox enzymes under native conditions (in situ) and during catalysis (in operando). This new approach stands on two pillars: (1) the introduction of site-specific Vibrational Probes (VP) into a redox enzyme by genetic engineering and posttranslational chemical modification and (2) SEIRA (Surface Enhanced InfraRed Absorption) spectroelectrochemistry, which allows the simultaneous monitoring of electrochemical activity and structural details of the redox enzyme. This methodology will be applied to a model redox enzyme: Laccase. This multi-copper centre oxidase couples the single-electron oxidation of small organic molecules to the four-electron reduction of oxygen to water. Appropriately positioned on the surface or inside the Laccase, the vibrational probes will allow a detailed and unprecedented characterisation of its functioning at a molecular level.