Thèse BIP-Mo-Enzyme2010

Bg-B

Description

Thèse au BIP-UPR9036 en codirection : Dr Bénédicte BURLAT Pr. Bruno GUIGLIARELLI Unité de Bioénergétique et Ingénierie des Protéines, BIP-UPR 9036, CNRS, MARSEILLE. Tel : [phone] - e-mail : [e-mail] Tel : [phone] - e-mail : [e-mail] Titre de la thèse STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT DES ENZYMES A MOLYBDENE : IDENTIFICATION DES DETERMINANTS MOLECULAIRES DE LA REACTIVITE PAR SPECTROSCOPIE ET MODELISATION. Contexte et objectifs : Les enzymes à molybdène sont présentes chez tous les organismes vivants où elles sont essentielles à une grande variété de processus physiologiques fondamentaux. Chez les microorganismes, elles sont impliquées dans les étapes clés des cycles biogéochimiques majeurs (carbone, azote, soufre) et contribuent à la métabolisation de nombreux composés toxiques (oxydes d’arsenic, de sélénium, de tellure,..). Les molybdo-enzymes participent donc à des processus biologiques présentant un fort intérêt socio-économique ou environnemental : dénitrification, production et capture de CO en liaison avec l’effet de serre, dépollution des eaux et des sols. Dans le contexte actuel 2lié aux enjeux du développement durable, les potentialités des enzymes à Mo constituent un élément important pour la mise au point de procédés biotechnologiques d’intérêt. L’approche pluridisciplinaire de Physico-Chimie et Biologie sur l’identification des facteurs moléculaires pilotant leur réactivité est une étape ...

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• Langue: Français

Extrait

Thèse au BIP-UPR9036 en codirection :

Dr Bénédicte BURLAT

Pr. Bruno GUIGLIARELLI

Unité de Bioénergétique et Ingénierie des Protéines, BIP-UPR 9036, CNRS, MARSEILLE.

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[e-mail]

Titre de la thèse

S

TRUCTURE ET

F

ONCTIONNEM ENT DES

E

NZYM ES A

M

OLYBDENE

:

I

DENTIFICATION DES DETERM INANTS

M OLECULAIRES DE LA REACTIVITE PAR

S

PECTROSCOPIE ET M ODELISATION

.

Contexte et objectifs :

Les enzymes à molybdène sont présentes chez tous les organismes vivants où elles sont essentielles à une

grande variété de processus physiologiques fondamentaux. Chez les microorganismes, elles sont impliquées dans les

étapes clés des cycles biogéochimiques majeurs (carbone, azote, soufre) et contribuent à la métabolisation de

nombreux composés toxiques (oxydes d’arsenic, de sélénium, de tellure,..). Les molybdo-enzymes participent donc à

des processus biologiques présentant un fort intérêt socio-économique ou environnemental : dénitrification,

production et capture de CO

2

en liaison avec l’effet de serre, dépollution des eaux et des sols. Dans le contexte actuel

lié aux enjeux du développement durable, les potentialités des enzymes à Mo constituent un élément important pour la

mise au point de procédés biotechnologiques d’intérêt.

L’approche pluridisciplinaire de Physico-Chimie et Biologie sur l’identification des facteurs moléculaires

pilotant leur réactivité est une étape indispensable à cette valorisation, mais également à la compréhension des

processus évolutifs qui ont permis l’adaptation moléculaire de ces enzymes aux changements de conditions

environnementales et de substrats.

Le but de ce projet est d’apporter une compréhension intégrée du mécanisme enzymatique des enzymes à Mo

à fort impact environnemental en incluant l’ensemble des processus constitutifs : catalyse au niveau du site actif,

transfert d’électrons et de protons, transport intramoléculaire de substrat. Une meilleure compréhension du mécanisme

enzymatique devrait permettre d’optimiser le fonctionnement d’enzymes pour des applications biotechnologiques ou

environnementales et fournir ainsi les bases nécessaires à l’élaboration de procédés de dépollution novateurs.

Approches utilisées :

Le système étudié sera

la nitrate réductase périplasmique (Nap), modèle d’une classe d’enzymes à Molybdène

retrouvée chez la plupart des organismes procaryotes et pour laquelle une maîtrise sur le plan génétique et

biochimique est acquise. Le projet sera développé en étroite collaboration avec le Laboratoire de Bioénergétique

Cellulaire (D. Pignol, CEA Cadarache) en associant la modification sélective et raisonnée de l’enzyme par mutagenèse

dirigée et les approches de spectroscopie magnétique et magnéto-optique avancées : RPE continue et pulsée, ESEEM,

ENDOR, MCD.

Grâce à ces données de spectroscopie s’appuyant sur les techniques de cinétique rapide, sur le marquage

isotopique sélectif de la protéine ou de son substrat et sur la modélisation théorique de la structure électronique des

intermédiaires réactionnels, il s’agira de suivre en détail le cofacteur à Mo et son environnement, ainsi que les autres

centres rédox de l’enzyme (Fe-S, hèmes) au cours du fonctionnement enzymatique. Ces approches seront également

couplées à l’électrochimie et à la cristallographie, et pourront être étendues à d’autres molybdoenzymes modèles, bien

maîtrisées sur le plan de la production.

Profil du candidat:

Compte tenu du caractère très interdisciplinaire de ce projet, le (la) candidat(e) peut-être de formation Physico-

Chimie, Physique, ou Biochimie. Une forte motivation pour les thématiques d’interface est indispensable.

Contact et dossier de candidature avant le Lundi 19 JUILLET – Audition le Vendredi 23 JUILLET

References:

[1

]. Fourmond V, Burlat B, Dementin S, Arnoux P, Sabaty M, Boiry S, Guigliarelli B, Bertrand P, Pignol D, Léger C

.

Major

Mo(V) EPR signature of

Rh. Sphaeroides

periplasmic nitrate reductase arising from a dead-end species that activates upon

reduction. Relation to other molybdoenzymes from the DMSO reductase family.

J Phys Chem B

.

2008

, 112, 15478-86.

[2] Grimaldi S, Arias-Cartin R, Lanciano P, Lyubenova S, Endeward B, Prisner TF, Magalon A, Guigliarelli B. Direct evidence

for nitrogen ligation to the high stability semiquinone intermediate in Escherichia coli nitrate reductase A.

J Biol Chem.

2010

;285,

179-87

[3] Fourmond V, Burlat B, Dementin S, Sabaty M, Arnoux P, Etienne E, Guigliarelli B, Bertrand P, Pignol D, Léger C.

Dependence of catalytic activity on driving force in solution assays and protein film voltammetry: insights from the comparison of

nitrate reductase mutants.

Biochemistry

2010,

49, 2424-32