Dynamique réactionnelle des enzymes rédox multicentres, cinétique électrochimique

Reaction dynamics of multicenter redox enzymes, electrochemical kinetics

Research

 Nous étudions les aspects cinétiques du fonctionnement d’enzymes respiratoires multicentres. La technique principalement mise en oeuvre est l’électrochimie directe : l’enzyme est adsorbée sur une electrode plongée dans une solution du substrat, et la configuration est telle que que l’enzyme échange directement des électrons avec l’électrode. L’activité catalytique est alors simplement (et instantanément) mesurée sous la forme d’un courant. 

Les enzymes que nous étudions ont été choisies pour la variété de leurs sites actifs, architectures et propriétés catalytiques, mais aussi pour leurs applications potentielles. Nous collaborons pour cela avec plusieurs équipes de biochimistes. Nous nous intéressons particulièrement au transfert d’électron à longue distance dans les enzymes respiratoires multicentres, au mécanisme catalytique au site actif de ces métalloenzymes, et à la sensibilité à l’oxygène des hydrogénases. Nous développons aussi de nouvelles méthodologies qui permettent d’étudier certaines étapes du cycle catalytique qui peuvent être difficiles à sonder spécifiquement par des techniques classiques et nous cherchons à comprendre les bases moléculaires de certaines propriétés globales de ces catalyseurs, comme par exemple leur directionnalité vis-à-vis des réactions catalysées et leur spécificité de substrat.

Cette recherche est financée par le CNRS, l’ ANR, l’ Université Aix-Marseille, la région PACA et la Ville de Marseille, et soutenue par le pôle de compétitivité capenergies.

Notre groupe fait partie du GIS FrenchBIC.

 We investigate the mechanism of multicenter redox enzymes by combining various kinetic techniques, including direct electrochemistry. By “direct electrochemistry”, we mean that the enzyme is adsorbed onto a rotating electrode which is immersed into a solution of the substrate, electron transfer between the enzyme and the electrode is direct, and the activity is simply monitored as a current. The data can be used to gain information about virtually every step in the mechanism. We work on various redox enzymes, particularly molybdoenzymes and hydrogenases, in collaboration with several biochemistry groups. We are interested in studying long distance electron transfer in multicenter redox enzymes, the mechanism at the active site of these enzymes, the oxygen sensibility of hydrogenases. We seek to understand the molecular basis of some of the global properties of redox enzymes: this includes catalytic bias, substrate specificity and resistance to chemical stress. 

Our group is part of the FrenchBIC network. Funding is provided by the CNRS, the ANR, Aix-Marseille University, the région PACA and the City of Marseilles. We acknowledge support from the Pôle de compétitivité capenergies.

FeFe-hydrogenases oxidize or produce H2 at an active site, the so-called H cluster, that is composed of a standard [4Fe4S] cluster covalently attached by a cysteine residue to a [Fe2 (CO)3 (CN)2 (dtma)] subsite (dtma = dithiomethylamine). We study the enzymes from Chlamydomonas reinhardtii (Collab. Hervé Bottin, CEA, Saclay) and Clostridium acetobutylicum (Collab. Isabelle Meynial-Salles, INSA /INRA/CNRS, Toulouse.). We also collaborate with theoretical chemists (Claudio Greco, Luca de Gioia, Universita degli Studi di Milano-Bicocca; Jochen Blumberger, UCL, London, UK). This research is funded by CNRS, AMU and the ANR (projects AlgoH2, CAFE, ECCHYMOSE). See a list of major results

NiFe-hydrogenases oxidize or produce H2 at a dinuclear active site made of Ni and Fe. We study the enzymes from Desulfovibrio fructosovorans (Collab. Myriam Brugna, BIP5, CNRS, Marseille) and Aquifex aeolicus (Collab. Marie Thérèse Giudici-Orticoni, BIP1, CNRS, Marseille). We also collaborate with theoretical chemists (Claudio Greco, Luca de Gioia, Universita degli Studi di Milano-Bicocca; Jochen Blumberger, UCL, London, UK), spectroscopists (Antonio de Lacey, ICP, CSCI, Madrid; Bruno Guigliarelli, Bénédicte Burlat, BIP7) and crystallographers (Juan Fontecilla-Camps, LCCP, CEA, Grenoble). This research is funded by CNRS, AMU, région PACA and the ANR (projects Hyliox and HEROS). See a list of major results

We study the carbon monoxide dehydrogenases from Desulfovibrio vulgaris, Carboxydothermus hydrogenoformans and Thermoccocus sp AM4. This enzymes reversibly transforms CO and CO2 using a NiFe4S active site. We are interested in understanding the maturation of the cofactor and the active site mechanism. For this we collaborate with theoretical chemists (Maurizio Bruschi, Luca de Gioia, Universita degli Studi di Milano-Bicocca; Jochen Blumberger, UCL, London, UK) and crystallographers (Catherine L. Drennan, MIT, Boston, USA). We also study the enzyme from Rhodospirulum rubrum in collaboration with Christine Cavazza (CEA, Grenoble). This research is funded by CNRS, AMU, ANR.

Aerobic catalysis with air-sensitive catalysts protected in hydrogel films. This collaboration with the group of Nicolas Plumeré in Bochum, Germany, is supported by an ANR/DFG program, SHIELDS