Le soufre est utilisé à des fins bioénergétiques par des micro-organismes tels que la bactérie hyperthermophile Aquifex aeolicus qui nécessite pour sa croissance de l'oxygène, de l'hydrogène et un composé soufré indispensable. Une soufre réductase réduisant des chaînes de soufre, une Sulfure Quinone Oxydoréductase (SQR) oxydant l'H2S et une Soufre Oxygénase Réductase (SOR) oxydant et réduisant simultanément des chaînes de soufre ont été caractérisées chez cette bactérie. L'organisation de certaines de ces enzymes dans des supercomplexes membranaires a également été démontrée.Nous avons montré qu'Aq_477, précédemment caractérisée comme une soufre transférase de la famille des rhodanèses, est capable (i) de « charger » des chaînes de soufre ; (ii) d'interagir avec deux partenaires (la soufre réductase et la SOR) ; (iii) de leur présenter ce substrat. Ceci conduit à une optimisation du métabolisme. Nous avons ainsi démontré l'implication directe d'Aq_477, rebaptisée SbdP pour Sulfur -binding -donating Protein, dans le métabolisme énergétique du soufre de la bactérie. Une analyse poussée du génome nous a permis de construire un nouveau modèle suggérant notamment un recyclage des composés soufrés entre différents systèmes enzymatiques. La recherche de l'existence d'un niveau d'organisation des complexes respiratoires supérieur aux supercomplexes chez Aquifex aeolicus nous a conduits à développer de nouvelles méthodes d'étude permettant de proposer plusieurs pistes de recherche. Enfin, nous avons montré l'existence d'un nanocompartiment protéique constitué de l'encapsuline Aq_1760, dans lequel vient s'ancrer la ferritine atypique à domaines en tandem Aq_331. / Sulfur can be used in energy metabolism by microorganisms as electron donor and acceptor. The hyperthermophilic bacterium Aquifex aeolicus, which need oxygen, hydrogen and an essential sulfur compound for its growth presents sulfur reduction and oxidation pathways linked to the energy synthesis. A sulfur reductase (reduction of sulfur chains), a Sulfide Quinone Oxidoreductase (SQR, oxidation of H2S) and a Sulfur Oxygenase Reductase (SOR, simultaneous oxidation and reduction of sulfur chains) have been characterized in this bacterium. It has also been shown that some of these enzymes are organized in membrane-bound supercomplexes.We have demonstrated that Aq_477, previously characterized as a sulfurtransferase belonging to the rhodanese superfamily, can load long sulfur chains and acts as a sulfur donor for its partners (sulfur reductase and SOR) which use these sulfur chains as substrate, thus optimizing the metabolism. These results show that Aq_477, renamed SbdP for Sulfur -binding -donating Protein, is involved in the sulfur energy metabolism of Aquifex aeolicus. The identification in the genome of some new proteins potentially involved in this metabolism permitted us to propose a new model which suggests a recycling of sulfur compounds between different enzymatic systems. We also looked for an organization level of respiratory complexes higher than supercomplexes, which led us to develop new study methods and propose several research trails. Finally, we have shown the existence of protein nanocompartment constituted by the encapsulin Aq_1760, in which the atypical tandem-domain ferritin Aq_331 is anchored.

Tout d'abord considérés comme simples composants d'une barrière imperméable, il a été démontré que les lipides membranaires auraient en fait un rôle biologique bien plus important, pouvant modifier l'environnement des enzymes membranaires et moduler l'activité de ces dernières. Dans la thèse présentée ici, ces relations ont été étudiées dans les mitochondries de l'huître creuse Crassostrea gigas. Les bivalves subissent d'importants changements environnementaux et l'adaptation à ces changements peut passer par un remodelage des membranes, ce qui fait de ces animaux des modèles intéressants pour les études des relations entre la structure des membranes et les activités d'enzymes associées. Des huîtres ont été nourries en écloserie avec deux régimes d'algues monospécifiques, T-Iso et Chaetoceros gracilis, et un mélange équilibré de ces deux algues. Malgré d'importantes modifications de composition en acides gras induites par les différents régimes alimentaires, une grande stabilité des processus membranaires mitochondriaux a été observée. D'un autre côté, la comparaison entre des huîtres élevées en écloserie et des huîtres élevées dans leur milieu naturel a révélé d'importantes modifications de capacités mitochondriales, qui pourraient être liées à une modulation des classes de phospholipides et de leur insaturation. Ces différences ne peuvent pas s'expliquer par une influence des cycles tidaux dans la mesure où, malgré un changement de production d'ATP, l'activité des mitochondries a été montrée comme étant similaire chez les huîtres collectées en émersion et en immersion. L'homéostasie mitochondriale observée dans cette étude pourrait être un moyen pour les huîtres de faire face aux variations biotiques (disponibilité en nourriture) et abiotiques (disponibilité en oxygène) de l'environnement naturel de C. gigas, et de maintenir leurs fonctions physiologiques malgré ces variations.

Tout d’abord considérés comme simples composants d’une barrière imperméable, il a été démontré que les lipides membranaires auraient en fait un rôle biologique bien plus important, pouvant modifier l’environnement des enzymes membranaires et moduler l’activité de ces dernières. Dans la thèse présentée ici, ces relations ont été étudiées dans les mitochondries de l’huître creuse Crassostrea gigas. Les bivalves subissent d’importants changements environnementaux et l’adaptation à ces changements peut passer par un remodelage des membranes, ce qui fait de ces animaux des modèles intéressants pour les études des relations entre la structure des membranes et les activités d’enzymes associées. Des huîtres ont été nourries en écloserie avec deux régimes d’algues monospécifiques, T-Iso et Chaetoceros gracilis, et un mélange équilibré de ces deux algues. Malgré d’importantes modifications de composition en acides gras induites par les différents régimes alimentaires, une grande stabilité des processus membranaires mitochondriaux a été observée. D’un autre côté, la comparaison entre des huîtres élevées en écloserie et des huîtres élevées dans leur milieu naturel a révélé d’importantes modifications de capacités mitochondriales, qui pourraient être liées à une modulation des classes de phospholipides et de leur insaturation. Ces différences ne peuvent pas s’expliquer par une influence des cycles tidaux dans la mesure où, malgré un changement de production d’ATP, l’activité des mitochondries a été montrée comme étant similaire chez les huîtres collectées en émersion et en immersion. L’homéostasie mitochondriale observée dans cette étude pourrait être un moyen pour les huîtres de faire face aux variations biotiques (disponibilité en nourriture) et abiotiques (disponibilité en oxygène) de l’environnement naturel de C. gigas, et de maintenir leurs fonctions physiologiques malgré ces variations. / First considered as simple components of an impermeable barrier, it has been shown that membrane lipids would have a more important biological role. These lipids could modify the environment of membrane enzymes and modulate their activity. In this thesis, these relationships have been studied in mitochondria of the oyster Crassostrea gigas. Bivalves undergo major environmental changes and adaptation to these changes may require a membrane remodelling, which makes these animals interesting models to study the relationship between membrane structure and membrane processes. In this study oysters were fed in hatchery with two monospecific algal diets, T-Iso and Chaetoceros gracilis, and an equilibrated mix of both algae. Despite significant changes in fatty acid composition induced by these diets, mitochondrial capacities remained stable. On the other hand, the comparison between hatchery-reared oysters and oysters reared in their natural environment revealed significant changes in mitochondrial capacity, which could be related to modulation of phospholipid class composition and unsaturation. These differences can not be explained by the influence of tidal cycles. Indeed, despite a change in ATP production, mitochondrial activity was shown to be similar in oysters collected during emersion and immersion.Mitochondrial homeostasis observed in this study could be a way for oysters to cope with biotic (food availability) and abiotic (oxygen availability) variations in the natural environment of C. gigas, and to maintain their physiological functions despite these variations.

La production microbienne de molécules d'intérêt pourrait être améliorée par des stratégies d'ingénierie du vivant. L'ingénierie enzymatique joue un rôle central dàns la conception d'organismes hôtes efficaces car l'efficacité de la voie dépend en premier lieu de l'efficacité des enzymes. Aujourd'hui, il est utile de savoir quelles conceptions d'enzymes synthétiques sont efficaces et quels paramètres doivent être testés pour les caractériser. La colocalisation spatiale d'enzymes à l'intérieur de la voie métabolique pourrait améliorer la production de la molécule d'intérêt finale en permettant une biotransformation rapide des intermédiaires de la voie de biosynthèse. Des protéines multidomaines regroupant plusieurs activités enzymatiques sont décrites dans la littérature. Ces travaux ont permis la création de fusions synthétiques d'enzymes caroténogéniques pour la production de bêta-carotène chez Saccharomyces cerevisiae. Différents types de fusions et de configurations enzymatiques ont été testés. L'étude a permis ia création d'une fusion enzymatique tripartite efficace produisant deux fois moins d'intermédiaires et deux fois plus de bêta-carotène. Les mesures précises de la concentration de chaque caroténoïde, associées à la quantification des enzymes, ont permis de caractériser l'efficacité de chaque enzyme synthétique. D'autres stratégies de colocalisation spatiale d'enzymes ont également été testées en utilisant des domaines d'interaction tels que la cohesinedockérine ou la protéine oligomériques CcmK2. Certaines enzymes caroténogéniques préservent leur fonctionnalité au sein de ces configurations. Des systèmes enzymatiques construites modifient le flux métabolique des caroténoïdes et produisent des caroténoïdes différents de ceux des enzymes naturelles. Un contrôle plus affiné des activités enzymatiques pourrait permettre un contrôle précis de la nature du caroténoïde final produit / Microbial production of molecules of interest can be improved by severa! engineering strategies. Enzymatic engineering has a central role in the conception of efficient host because pathway's efficiency depends in first place on the efficiency of the enzymes. Knowing which synthetic enzymes conceptions are efficient and knowing to characterize the best candidates are essential. Enzyme colocalisation inside metabolic pathway might improve the production of final molecule of interest by allowing rapid biotransformation of intermediates of the pathway. Multidomain proteins regrouping severa! enzymatic activities are described in the literature. This work has focused in part on the creation of synthetic fusion of sorne carotenogenic enzymes for the production of beta carotene in Saccharomyces cerevisiae. Different types of enzymatic fusions and configurations have been tested and. characterized. The study allowed the creation of an efficient tripartite enzyme. fusion which produces two times Jess intermediates and two times more beta carotene. Precise measurement of each caro teno id' s concentration coupled with quantification of enzymes allows the characterization of the efficiency of each synthetic enzyme. Other strategies for enzyme spatial co localisation have also been tested using domains of interaction like cohesin-dockerin or the oligomeric protein CcmK2. Sorne carotenogenic enzymes are still functional using those configurations. Sorne of the enzymatic systems modify the metabolic flow ofcarotenoids and produce carotenoids different from the natural systems. Sorne strategies have changed the metabolic flux of carotenoids inside the pathway. Interestingly, a fine control of activity of enzyme might allow a fine control of the nature of the final carotenoid