Les matériaux hydroxydes doubles lamellaires (HDL) sont une classe d'argiles anioniques synthétiques dont la structure est basée sur celle du brucite Mg(OH)2 dans lesquelles une partie des cations métalliques divalents sont été remplacés par des ions trivalents donnant ainsi des feuillets chargés positive. Cette charge est équilibrée par l'intercalation d'anions dans la région interlamellaire hydratée. Les identités et les rapports des cations di- et trivalents et l'anion interlamellaire peuvent être varié sur une large gamme, donnant lieu à une large classe de matériaux isostructurales. Le matériau d’origine de cette classe est l’hydrotalcite (HT) et les HDL sont par conséquent également connus comme des matériaux de type hydrotalcite. Bien que les caractéristiques de base de la structure soient bien comprises, des aspects structurels détaillés ont fait l'objet de certaine controverse dans la littérature afin de maîtriser leurs propriétés et leurs applications potentielles. Dans ce travail de thèse nous avons retenu deux types de HDL MgAl et ZnAl qui ont été largement introduits dans diverses applications, tels que la sorption des molécules d'intérêt biologique (enzyme et médicament) et l'élaboration d'électrodes. La spécificité de ce travail repose sur l’immobilisation d’une enzyme modèle, la lactate déshydrogénase dans ces deux matrices ainsi qu’un médicament anti-bactérien, la berbérine, afin d’étudier les interactions entre ces deux biomolécules et la phase HDL introduite et de répondre à leurs exigences d'applications dans le domaine médical. Dans un second temps nous avons tenté d’étudier les deux phases mentionnées de plus en plus fine en termes de structure, morphologie et profil électrochimique en vue de les employer en tant que matériaux d’électrode pour le développement de biopile / DHs are a class of synthetic anionic clays whose structure is based on brucite-like layers Mg(OH)2 inwhich some of the divalent cations have been replaced by trivalent ions giving positively-charged sheets.This charge is balanced by intercalation of anions in the hydrated interlayer regions. The identities andratios of the di- and trivalent cations and the interlayer anion may be varied over a wide range, giving rise toa large class of isostructural materials. The parent material of this class is the naturally occurring mineralhydrotalcite and LDHs are consequently also known as hydrotalcite-like materials. Although the basicfeatures of the structure are well understood, detailed structural aspects have been the subject of somecontroversy in the literature. In this thesis, we have selected two types of LDH, MgAl and ZnAl, which havebeen widely introduced in various applications, such as sorption of molecules of biological interest (enzymeand drug) and the development of electrodes. The specificity of this work lies on the immobilization of amodel enzyme, lactate dehydrogenase in both matrices as well as an anti-bacterial drug, berberine, inorder to study the interactions between these two biomolecules and the introduced LDH phase and tobetter address their challenges of applications in the medical field. Second, we have tried to study the twophases mentioned above more and more accurately in terms of structure, morphology and electrochemicalprofile in order to use them as electrode materials for microbial fuel cell device

La première partie du travail présenté ici se concentre sur l’optimisation d’une cathode à oxygène. Tout d’abord, l’utilisation d’une nouvelle enzyme (la BOD de Magnaporthe oryzae) permet de multiplier le courant de réduction de l’oxygène en eau jusqu’à neuf fois. Ensuite la synthèse d’un polymère rédox adapté a permis d’améliorer le coefficient de diffusion des électrons dans l’hydrogel résultant en l’augmentation de la densité de courant générée. Enfin nous sommes passés d’uneélectrode de carbone en 2 dimensions à une fibre d’or poreuse tridimensionnelle. Après modification de cette fibre avec l’hydrogel rédox à base de BOD de M. oryzaenous avons évalué sa biocompatibilité : in vitro les tests ont montré l’absence totale de cytotoxicité et seule une très faible réponse inflammatoire ; in vivo aucune infection ne s’est déclarée pendant les 8 semaines d’implantation dans les souris etla formation d’une capsule fibrotique autour de l’électrode traduit sa bonne intégration dans les tissus de l’animal. La seconde partie concerne la biopile dans son intégralité, construite à partir de la cathode optimisée et d’une anode adaptée à base de GDH. Elle permet de générer jusqu’à 240 μW.cm-2 dans du tampon Pipes/CaCl2 à 5mM de glucose. La biopile a ensuite été testée dans du sang humain total. Un maximum de 129 μW.cm-2 a été obtenu dans un échantillon avec une glycémie de 8,2 mM sous air. De plus nous avons constaté que la densité de puissance délivrée augmente proportionnellement avec la glycémie des différents échantillons de sang testés, faisant de la biopile à la fois une source d’électricité et un biocapteur à glucose ce qui n’avait jamais été démontré auparavant. / The first part of the work presented here focuses on the optimization of an oxygen cathode. First, the use of a new enzyme (BOD from Magnaporthe oryzae) permit to increase the current of reduction of oxygen into water by a factor nine. Then the synthesis of a suitable redox polymer greatly improved the diffusion coefficient of electrons in the hydrogel, resulting in an increase of the current density. Finally we switched from a two-dimensional carbon electrode to a three-dimensional porous gold fiber. After modification of the fiber with the redox hydrogel based on BOD from M. oryzae, we assessed its biocompatibility: in vitro the tests showed the total absence of cytotoxicity and only a very low inflammatory response; in vivo noinfection appeared during the 8 weeks of implantation in mice and the formation of afibrotic capsule around the device reflects its successful integration into the animal tissues.The second part concerns the full biofuel cell, elaborated from the optimized cathode and an adapted GDH-based anode. It could generate up to 240 μW.cm-2 at 5mMglucose in Pipes/CaCl2 buffer. The biofuel cell was then tested in whole human blood. A maximum of 129 μW.cm-2 was obtained in a sample with 8,2 mM glycaemiaunder air. In addition we observed that the delivered power density increased proportionally with the glycaemia of the different blood samples tested, making the biofuel cell both a power source and a glucose biosensor at the same time which had never been shown before.

Dans le contexte actuel, il devient nécessaire de rendre les alternatives au pétrole, tel que le bioéthanol 2G, disponibles à grande échelle. Cependant, l’étape d’hydrolyse par les enzymes de Trichoderma reesei reste un verrou à un procédé économiquement stable et rentable. Ces travaux de thèse, s'intègrent dans le cadre du projet Futurol et ont pour objectifs d'identifier et de caractériser de nouvelles enzymes fongiques pour améliorer l'hydrolyse de la biomasse lignocellulosique. A partir des données protéomiques disponibles pour Podospora anserina et Fusarium verticillioides, une douzaine d'enzymes candidates ont été identifiées dans leurs sécrétomes. Ce travail de thèse s'est plus particulièrement focalisé sur les AA9s « Lytic Polysaccharide Monooxygenases » (LPMOs) de P. anserina. Parmi les LPMOs étudiées, PaLPMO9A, PaLPMO9E et PaLPMO9H, qui possèdent un CBM1, sont les plus actives sur la cellulose. La détermination de la régiosélectivité d'action a mis en évidence que PaLPMO9A et PaLPMO9H clivent la cellulose en position C1 et C4 alors que la PaLPMO9E génère uniquement des produits oxydés en C1. La PaLPMO9H est la plus versatile puisqu’elle est active sur les cello-oligosaccharides solubles et sur les polysaccharides hémicellulosiques liés en β-(1,4) (i.e., xyloglucane, glucomannane). La supplémentation du cocktail de T. reesei avec PaLPMO9E ou PaLPMO9H a permis de doubler les rendements d'hydrolyse du miscanthus prétraité. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont permis de démontrer l'importance de ces enzymes oxydatives dans les phénomènes de déconstruction de la lignocellulose chez les champignons filamenteux. / In the current context, it becomes essential to make alternative to oil, such as the 2G bioethanol, available at large scale. However, the hydrolysis step by Trichoderma reesei enzymes remains the major bottleneck for an economically sustainable process. The present work is part of the Futurol project, and aims at identifying and characterizing new fungal enzymes to improve the hydrolysis of lignocellulosic biomass. From the proteomic data available for Podospora anserina and Fusarium verticillioides, a dozen of interesting enzymes were identified in their secretomes. This work focuses, mainly, on the AA9s « Lytic Polysaccharide Monooxygenases » (LPMOs) from P. anserina. Among all the LPMOs studied, PaLPMO9A, PaLPMO9E and PaLPMO9H that harbored a CBM1 were the most active on cellulose. Investigation of their regioselective mode of action revealed that PaLPMO9A and PaLPMO9H oxidatively cleaved at both C1 and C4 positions while PaLPMO9E released only C1-oxidized products. PaLPMO9H that was the most versatile in terms of substrate specificity as it also displayed activity on cello-oligosaccharides and β-(1,4)-linked hemicellulose polysaccharides (e.g., xyloglucan, glucomannan). The hydrolysis yield of the pretreated miscanthus was significantly improved up to 2 fold, when the PaLPMO9E, or PaLPMO9H were supplemented to the T. reesei cocktail. This work demonstrated the importance of these oxidative enzymes for lignocellulose deconstruction by fungi. These biocatalysts open new prospects to improve the enzymatic conversion of plant biomass for 2G bioethanol production.

L’objectif de cette thèse est de développer une nouvelle souche de champignon filamenteux pour la production d’acide lactique. Pour répondre à cet objectif, nous avons tout d’abord d’exploré la biodiversité fongique à la recherche de champignons filamenteux capables de produire de l’acide lactique ou présentant de bonnes prédispositions pour la production d’acides organiques sans neutralisation du pH. Grâce à ce criblage, une souche sauvage d’Aspergillus brasiliensis a été sélectionnée et utilisée pour construire, grâce à l’ingénieure métabolique, les premières souches d’Aspergillus capables de produire de l’acide lactique à pH acide. Ces souches ont ensuite été caractérisées et les conditions de culture en fioles et fermenteurs volumes ont été étudiées. Cette étude des conditions de culture donne des résultats prometteurs et dévoile de nombreuses voies possibles pour continuer à améliorer la production d’acide lactique par ces organismes. / The objective of this thesis is to develop a new filamentous fungal strain for the production of lactic acid. To meet this goal, we first explored the fungal biodiversity in order to find filamentous fungi able to produce lactic acid or having good predispositions for the production of organic acids without pH neutralization. Through this screening, a wild type strain of Aspergillus brasiliensis was selected and used to construct, using the metabolic engineer, new strains capable of producing lactic acid at an acidic pH. These strains were then characterized and culture conditions in flasks and bioreactors were studied. The study of culture conditions shows promising results and reveals many possible ways to further improve the production of lactic acid by these organisms.

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.

La récente définition de Brachypodium distachyon comme modèle des graminées en fait un organisme de choix pour l’étude de leur paroi cellulaire, en particulier dans le cadre de leur utilisation comme matière première renouvelable pour le bioéthanol de seconde génération. Les lignines, dont les trois unités (H, G et S) proviennent de la polymérisation des monolignols, sont associées aux acides hydroxycinnamiques dans la paroi des céréales et représentent l’obstacle majeur à l’exploitation industrielle de la biomasse lignocellulosique. L’acquisition de connaissances sur les mécanismes dirigeant leur mise en place et leur organisation permettrait d’identifier des facteurs modulant les rendements de production qui y sont associés. Quatre familles de gènes ont été étudiées et l’implication dans la voie de biosynthèse des monolignols de trois gènes a été montrée : BdF5H2 possède une activité férulate-5-hydroxylase permettant la synthèse des précurseurs des unités S des lignines, BdCOMT3 est l’isoforme principale des acide cafféique O-Méthyltransférases et sa perte partielle de fonction cause une diminution de la quantité de lignine, la modification du rapport S/G et une baisse de quantité d’acide p-coumarique dans deux lignées mutantes indépendantes. Enfin, BdCAD1 est l’isoforme principale des alcools cinnamylique déshydrogénases : sa perte de fonction dans deux lignées indépendantes cause la diminution de la quantité globale de lignine et d’acide p-coumarique, une baisse du rapport S/G ainsi que l’accumulation de sinapaldéhyde. Par ailleurs ces deux lignées présentent des rendements de saccharification augmentés de plus d’un quart par rapport au sauvage. / Brachypodium distachyon was recently adopted as an experimental model for grass species. As such, it is used to study grass cell wall, in particular in the context of their use as renewable feedstock for the production of second generation bioethanol. Lignins are polymers of three main units (H, G and S) originating from the polymerization of monolignols, and are linked to hydroxycinnamic acids in grasses. They constitute the main bottleneck to industrial processes targeting lignocellulosic biomass and improving the understanding of the mechanisms directing their structure and deposition could lead to the identification of the factors modulating associated production yields. Four gene families were studied and the involvement of three genes in the monolignols biosynthetic pathway was shown: BdF5H2 displays a ferulate-5-hydroxylase activity enabling the synthesis of the S lignin units, BdCOMT3 is the main caffeic acid O-methyltransferase and its partial loss of function in two independent mutant lines leads to the reduction of lignin content, the modification of the S/G units ratio and a decrease in p-coumaric acid accumulation. BdCAD1 is the main cinnamyl alcohol dehydrogenase isoform: its loss of function in two independent mutant lines results in a decrease in lignin content and of the S/G ratio and the accumulation of sinapaldehyde. Moreover, these two lines display significatively increased saccharification yields.

Les Rétinal déshydrogénases (RALDHs) catalysent irréversiblement la déshydrogénation du Rétinal en Acide Rétinoïque (AR) qui est impliqué dans l’embryogenèse et la différenciation tissulaire. Pour comprendre le rôle dans la biosynthèse de l’AR des RALDHs type 3 et 4 de souris, nous avons déterminé leurs propriétés cinétiques ainsi que leur comportement en présence de différents inhibiteurs. Les tests enzymatiques sont effectués avec une préparation d’enzyme recombinante, tagguée avec 6 histidines, purifiée sur colonne Ni-NTA (Qiagen). L’activité enzymatique est évaluée en quantifiant la production d’AR par chromatographie liquide à haute performance (HPLC) en phase inversée. Les constantes cinétiques ont été déterminées pour les isomères du rétinal tout-trans, 9-cis et 13-cis. La RALDH4 catalyse les isomères 9-cis et 13-cis de rétinal, elle présente un faible KM (3μM) pour les deux isomères et a une efficacité catalytique élevée pour le 9-cis rétinal 3.4 fois supérieure au 13-cis rétinal. La RALDH3 est spécifique au tout-trans rétinal avec un KM de 4 μM et une efficacité élevée. β-Ionone, inhibiteur possible pour la RALDH4, inhibe l’activité avec le rétinal 9-cis et 13-cis, mais n’influence pas l’activité de la RALDH3. Le para-hydroxymercuribenzoïque (p-HMB) inhibe l’activité de deux isoenzymes. Le cation MgCl2 augmente par 3 fois l’oxydation du rétinal 13-cis par la RALDH4, diminue l’oxydation du 9-cis rétinal et influence faiblement la RALDH3. Ces données enrichissent les connaissances sur les caractéristiques cinétiques des RALDHs recombinantes de souris de types 3 et 4 et fournissent des éclaircissements sur la biogenèse de l’acide rétinoïque in vivo. / SUMMARY Retinal dehydrogenases (RALDHs) catalyze the dehydrogenation of retinal into retinoic acids (RA) that are required for embryogenesis and tissue differentiation. This study sought to determine the detailed kinetic properties of 2 mouse RALDHs, namely RALDH3 and 4, for retinal isomer substrates, to better define their specificities in RA isomer synthesis. RALDH3 and 4 were expressed as His-tagged proteins and affinity-purified. RALDH3 oxidized all-trans retinal with high catalytic efficiency but did not show activity for either 9-cis or 13-cis retinal substrates. RALDH4 was inactive for all-trans retinal substrate, exhibited high activity for 9-cis retinal oxidation, and oxidized 13-cis retinal with lower catalytic efficiency. β-ionone, a potent inhibitor of RALDH4 activity, suppressed 9-cis and 13-cis retinal oxidation competitively, but had no effect on RALDH3 activity. The p-HMB inhibited the activity for both RALDH3 and RALDH4. The divalent cation MgCl2 activated 13-cis retinal oxidation by RALDH4 by 3-fold, slightly decreased 9-cis retinal oxidation, and did not significantly influence RALDH3 activity. These data extend the kinetic characterization of RALDH3 and 4, providing their specificities for retinal isomer substrates, which should help in determining their functions in the synthesis of RAs in specific tissues.

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Les gènes de l'isocitrate déshydrogénase (IDH) sont mutés dans 70 à 80 % des gliomes de bas grade. Les enzymes mutantes IDH qui en résultent présentent une activité de gain de fonction, produisant du R-2-hydroxyglutarate (R-2-HG), appelé oncométabolite en raison de son accumulation anormale dans les tumeurs et de ses activités oncogéniques potentielles. Parmi les caractéristiques du cancer telles que la reprogrammation métabolique et épigénétique, le stress réplicatif et la stabilité du génome ont été peu caractérisés dans les cancers IDH-mutants. Par conséquent, cette étude vise à étudier l'impact de l'accumulation de R-2-HG sur la réplication de l'ADN et sa contribution au stress réplicatif dans les cancers IDH-mutants. Nous avons étudié la dynamique de la fourche de réplication dans des astrocytes humains normaux et confirmé les résultats dans d'autres lignées cellulaires normales et cancéreuses. Nous avons constaté que le traitement exogène par l'octyl-R-2-HG entravait la progression de la fourche de réplication et retardait par conséquent l'achèvement de la phase S. L'évaluation des niveaux de phosphorylation des protéines RPA, CHK1 et H2AX a révélé que la réponse classique au stress réplicatif (RSR) n'était pas activée. Un état cellulaire dans lequel la réplication de l'ADN est altérée sans activation de la RSR a notamment été décrit dans la littérature comme résultant de l'activation de la réponse au stress intégré (ISR). Cependant, l'activation de la RSI dans les cancers mutants IDH n'est pas bien étudiée. En évaluant les marqueurs d'activation de la RSI, tels que la phosphorylation de l'eIF2α et les niveaux de protéines ATF4, nous avons montré que l'octyl-R-2-HG activait la RSI. De plus, le blocage de l'ISR a partiellement sauvé la fourche de réplication et la progression de la phase S. Nous avons répliqué cette étude oncométrique. Nous avons reproduit ce défaut de réplication de l'ADN lié à l'oncométabolite ainsi que l'effet de sauvetage partiel de l'ISRIB lors de l'induction de la surexpression du gène IDH mutant. Nos résultats indiquent que la production de R-2-HG associée à la mIDH peut inhiber la dynamique normale de réplication de l'ADN via la signalisation ISR. / The isocitrate dehydrogenase (IDH) genes are mutated in 70-80% of low-grade gliomas. The resulting IDH mutant enzymes exhibit gain-of-function activity, producing R-2-hydroxyglutarate (R-2-HG), which is referred to as an oncometabolite due to its abnormal accumulation in tumours and potential oncogenic activities. Among the hallmarks of cancer such as metabolic and epigenetic reprogramming, replicative stress and genome stability have been poorly characterized in IDH-mutant cancer. Therefore, this study aims to investigate the impact of R-2-HG accumulation on DNA replication and its contribution to replicative stress in IDH-mutant cancers. We investigated replication fork dynamics in normal human astrocytes and confirmed the results in other normal and cancer cell lines. We found that exogenous treatment with octyl-R-2-HG impaired replication fork progression and consequently delayed S-phase completion. Assessment of RPA, CHK1 and H2AX protein phosphorylation levels revealed that the classical Replicative Stress Response (RSR) was not activated. Among others, a cell state in which DNA replication was impaired without activation of the RSR has been described in the literature as a result of activation of the Integrated Stress Response (ISR). However, ISR activation in IDH-mutant cancers is not well studied. Hence, by assessing ISR activation markers such as eIF2α phosphorylation and ATF4 protein levels, we showed that octyl-R-2-HG activated ISR. Moreover, blocking ISR partially rescued the replication fork and S-phase progression. We replicated this oncometabolite-related DNA replication defect as well as ISRIB’s partial rescue effect upon induction of mutant IDH gene overexpression. Our results indicate that mIDH-associated R-2-HG production possibly inhibits normal DNA replication dynamics via ISR signalling.

Le rôle important joué par la mitochondrie dans la cellule eucaryote est admis depuis longtemps. Cependant, la composition exacte des mitochondries, ainsi que les processus biologiques qui sy déroulent restent encore largement inconnus. Deux facteurs principaux permettent dexpliquer pourquoi létude des mitochondries progresse si lentement : le manque defficacité des méthodes didentification des protéines mitochondriales et le manque de précision dans lannotation de ces protéines. En conséquence, nous avons développé un nouvel outil informatique, YimLoc, qui permet de prédire avec succès les protéines mitochondriales à partir des séquences génomiques. Cet outil intègre plusieurs indicateurs existants, et sa performance est supérieure à celle des indicateurs considérés individuellement. Nous avons analysé environ 60 génomes fongiques avec YimLoc afin de lever la controverse concernant la localisation de la bêta-oxydation dans ces organismes. Contrairement à ce qui était généralement admis, nos résultats montrent que la plupart des groupes de Fungi possèdent une bêta-oxydation mitochondriale. Ce travail met également en évidence la diversité des processus de bêta-oxydation chez les champignons, en corrélation avec leur utilisation des acides gras comme source dénergie et de carbone. De plus, nous avons étudié le composant clef de la voie de bêta-oxydation mitochondriale, lacyl-CoA déshydrogénase (ACAD), dans 250 espèces, couvrant les 3 domaines de la vie, en combinant la prédiction de la localisation subcellulaire avec la classification en sous-familles et linférence phylogénétique. Notre étude suggère que les gènes ACAD font partie dune ancienne famille qui a adopté des stratégies évolutionnaires innovatrices afin de générer un large ensemble denzymes susceptibles dutiliser la plupart des acides gras et des acides aminés. Finalement, afin de permettre la prédiction de protéines mitochondriales à partir de données autres que les séquences génomiques, nous avons développé le logiciel TESTLoc qui utilise comme données des Expressed Sequence Tags (ESTs). La performance de TESTLoc est significativement supérieure à celle de tout autre outil de prédiction connu. En plus de fournir deux nouveaux outils de prédiction de la localisation subcellulaire utilisant différents types de données, nos travaux démontrent comment lassociation de la prédiction de la localisation subcellulaire à dautres méthodes danalyse in silico permet daméliorer la connaissance des protéines mitochondriales. De plus, ces travaux proposent des hypothèses claires et faciles à vérifier par des expériences, ce qui présente un grand potentiel pour faire progresser nos connaissances des métabolismes mitochondriaux. / The important role of mitochondria in the eukaryotic cell has long been appreciated, but their exact composition and the biological processes taking place in mitochondria are not yet fully understood. The two main factors that slow down the progress in this field are inefficient recognition and imprecise annotation of mitochondrial proteins. Therefore, we developed a new computational tool, YimLoc, which effectively predicts mitochondrial proteins from genomic sequences. This tool integrates the strengths of existing predictors and yields higher performance than any individual predictor. We applied YimLoc to ~60 fungal genomes in order to address the controversy about the localization of beta oxidation in these organisms. Our results show that in contrast to previous studies, most fungal groups do possess mitochondrial beta oxidation. This work also revealed the diversity of beta oxidation in fungi, which correlates with their utilization of fatty acids as energy and carbon sources. Further, we conducted an investigation of the key component of the mitochondrial beta oxidation pathway, the acyl-CoA dehydrogenase (ACAD). We combined subcellular localization prediction with subfamily classification and phylogenetic inference of ACAD enzymes from 250 species covering all three domains of life. Our study suggests that ACAD genes are an ancient family with innovative evolutionary strategies to generate a large enzyme toolset for utilizing most diverse fatty acids and amino acids. Finally, to enable the prediction of mitochondrial proteins from data beyond genome sequences, we designed the tool TESTLoc that uses expressed sequence tags (ESTs) as input. TESTLoc performs significantly better than known tools. In addition to providing two new tools for subcellular localization designed for different data, our studies demonstrate the power of combining subcellular localization prediction with other in silico analyses to gain insights into the function of mitochondrial proteins. Most importantly, this work proposes clear hypotheses that are easily testable, with great potential for advancing our knowledge of mitochondrial metabolism.