Natural and Artificial Hydrogenases : Structure and Reactivity
Institution:
Sorbonne universitéDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Hydrogenases are a key resource for the development of a sustainable hydrogen economy. In fact, they catalyse the reduction of protons into H2 and the inverse reaction with high efficiency. Nevertheless, they suffer from a number of limitations that prevent them from being exploited in biotechnological application. In this thesis we produced a new bioelectrode based on the [FeFe]-hydrogenase of Megasphaera elsdenii and on a truncated version of it. We addressed the question of the role of the accessory [FeS] clusters in tuning oxygen sensitivity and the catalytic bias. This work also focused its attention on the complex process of maturation of [FeFe]-hydrogenases, in particular to the maturation protein HydF. Thus, we studied HydF from Thermosipho melanesiensis. From the resolution of its three-dimensional structure, intriguing features have been discovered, i.e. the coordination of its iron-sulfur cluster. Furthermore, the same protein has been used as scaffold for assembling a set of artificial hydrogenases. In fact, it has been used in combination with several binuclear iron complexes mimicking the 2Fe unit of [FeFe]-hydrogenases. The hydrogenase activity of these hybrid proteins has been assayed and further characterization of some of them have been carried out.
Abstract FR:
Les hydrogénases constituent une ressource clé pour le développement d’une économie durable de l’hydrogène. En fait, ces enzymes catalysent la réduction des protons en dihydrogène (H2) et la réaction inverse avec une efficacité élevée. Cependant, plusieurs difficultés empêchent encore leur utilisation pour des applications biotechnologiques. Dans cette thèse nous avons produit une nouvelle bioélectrode basée sur l’hydrogénase [FeFe] de Megasphaera elsdenii et une forme tronquée de celle-ci. Nous avons abordé la question du rôle des clusters [FeS] additionnels dans le tuning de la sensibilité à l’oxygène et dans le biais catalytique. Ce travail a aussi porté sur le processus complexe de maturation des hydrogénases [FeFe], en particulier sur la protéine de maturation HydF. Nous avons étudié HydF de Thermosipho melanesiensis. A partir de la résolution de sa structure tridimensionnelle, des caractéristiques intéressantes ont émergé, notamment la coordination de son cluster fer-soufre. De plus, la même protéine a été utilisée en tant que protéine hôte pour l’assemblage d’une variété d’hydrogénases artificielles. Plus précisément, la protéine a été exploitée en combinaison avec différents complexes binucléaires de fer qui miment l’unité 2Fe des hydrogénases [FeFe]. L’activité de production d’hydrogène de ces hybrides a été testée et leur caractérisation ont ensuite été conduite.