La CO déshydrogénase (CODH) de Desulfovibrio vulgaris est une métalloenzyme qui catalyse la réduction réversible du CO2 en CO. C’est un homodimère composé de deux sites actifs Ni-4Fe-4S et de trois centres fer-soufre. Durant ma thèse, nous avons étudié la maturation de la CODH à nickel et les propriétés catalytiques de la CODH à nickel de D. vulgaris.Pour comprendre le mécanisme de maturation de la CODH à nickel, nous avons caractérisé deux formes de la CODH à nickel produites en présence ou en absence de CooC par des approches biochimiques, spectroscopiques, électrochimiques et cristallographiques. Notre caractérisation montre que la présence de CooC est nécessaire à l’obtention d’une CODH mature et activable. Nous avons également mis en évidence un processus d’activation en présence de nickel dans des conditions réductrices qui n’implique apparemment pas de changement structural du site actif.Notre étude de la CODH à nickel par électrochimie nous a permis de mettre en évidence plusieurs phénomènes d’activations/inactivations de l’enzyme dans des conditions aérobies et anaérobies, et l’existence d’une hétérogénéité fonctionnelle : plusieurs formes de l’enzyme qui montrent des propriétés catalytiques différentes peuvent être présentes simultanément. Cette observation pourrait éclairer d’une façon nouvelle l’hétérogénéité structurale observée par cristallographie et remettre en question les mécanismes proposés sur la base de ces structures. / The monoxide carbon dehydrogenase (CODH) from Desulfovibrio vulgaris is a metalloenzyme which catalyses the reversible reduction of CO2 into CO. It is a homodimer containing two active sites and three iron-sulfur clusters. During my thesis, we studied the maturation of CODH nickel and catalytic properties of Ni-CODH from D. vulgaris.In order to understand, the maturation mechanism of Ni-CODH, we have characterized two forms of Ni-CODH produced in the presence or absence of CooC by biochemical, spectroscopic, electrochemical and crystallographic approaches. Our characterisation shows that the presence of CooC is necessary to obtain a mature Ni-CODH which can be activated. We have also identified an activation process in the presence of nickel in reducing conditions that apparently involves no structural change in the active site.Our study of the Ni-CODH by electrochemistry has shown several phenomena of activation/inactivation of the enzyme under aerobic and anaerobic conditions, and the existence of a functional heterogeneity : several forms of the enzyme which show different catalytic properties may be present simultaneously. This observation could illuminate the structural heterogeneity observed by crystallography and question the proposed mechanisms on the basis of these structures.

Le domaine de la bioénergétique concerne l’étude des échanges et des transformations de l’énergie au sein des organismes vivants. Cette thèse propose une étude électrochimique et spectroscopique de protéines issues de la chaine respiratoire, les oxydases terminales, afin de comprendre l’influence de différentes propriétés de ces enzymes (potentiels des cofacteurs, dépendance pH…) sur leur mécanisme réactionnel. La première partie de ce travail décrit le développement d’une méthode d’immobilisation permettant de conserver l’intégrité et l’activité de ces enzymes. Cette technique a d’abord été utilisée pour étudier l’inhibition de la cytochrome aa3 oxydase de P. denitrificans et a permis de mettre en avant l’importance du transfert de protons sur la réaction de réduction de l’oxygène. Une deuxième étude propose de comparer deux isoformes de la cytochrome cbb3 oxydase dont aucune différence n’a été observée à ce jour. La spectroscopie IRTF couplée à l’électrochimie montre l’implication de résidus acides différents au cours de la réaction d’oxydoréduction suggérant des différences mécanistiques. La dernière partie propose une étude comparative d’oxydases terminales de différents types et met en perspective l’influence des potentiels relatifs des hèmes sur la réaction de réduction de l’oxygène. / The field of bioenergetics concerns the study of exchange and transformation of energy in living organisms. This manuscript proposes an electrochemical and spectroscopic study of the fourth complex of the respiratory chain, the terminal oxidases. The aim of this study was to understand the influence of some properties of these enzymes (potential of the cofactors, pH dependency…) on the catalytic mechanism. The first part describes an immobilization procedure which retains the protein activity and structure. This procedure has been applied for the study the inhibition of the proton pathways of cytochrome aa3 oxidase from P. denitrificans and shows the importance of proton transfer on the oxygen reduction. In a second study, two isoforms of cytochrome cbb3 oxidase were compared. No differences were observed between them until now. Our electrochemically induced FTIR spectroscopy study suggests the implication of different acidic residues during the redox reaction implying differences in the mechanism of these enzymes. The last part deals with the comparison of terminal oxidases of different types and shows the influence of the relative order of the midpoint potentials of the hemes on the oxygen reduction.