L’objectif de cette thèse vise à la mise au point d’un procédé catalytique hautement sélectif pour la transformation du glycérol en aldéhyde et acide glycolique en l’absence de base. Pour cela, nous avons développé une approche de type catalyse hybride (i.e., couplage de catalyse enzymatique et de catalyse chimique). Cette étude résulte de la collaboration entre 3 laboratoires universitaires (i.e., l’UCCS, l’institut Viollette, le LGPC). Le travail de thèse présenté ici, est relative à la partie catalyse hétérogène. Afin d’atteindre nos objectifs, nous avons travaillé sur phase active à base de platine supporté sur différents supports (i.e., ZSM-5, TiO2, SiO2, Al2O3). Les catalyseurs ont été caractérisés (DRX, BET, XPS, ICP et MET) et testés en phase liquide en l’absence de base. Les conditions réactionnelles (température, concentration du glycérol, pression d’O2) ainsi que la formulation du catalyseur ont été optimisées. Cette optimisation a été couplée à une étude cinétique pour acquérir une meilleure compréhension des mécanismes de réaction et les facteurs les plus importants sur l’activité catalytique. Le glycéraldéhyde ainsi formé est ensuite transformé en un autre aldéhyde (i.e. le glycolaldéhyde) par catalyse enzymatique. Lors de la dernière partie de la thèse, nous avons optimisé différents paramètres (température et pression d’O2) afin d’augmenter l’oxydation du glycolaldéhyde en acide glycolique et glyoxal. / The objective of this thesis is to develop a highly selective catalytic process for the conversion of glycerol to aldehydes and glycolic acid in the absence of base. For this, we have developed a hybrid catalysis approach (i.e., enzymatic catalysis and chemical catalysis coupling). This study results from the collaboration between 3 academic laboratories (i.e., UCCS, Viollette institute and LGPC). The thesis work presented here is relative to the heterogeneous catalysis part. In order to achieve our goals, we worked on a platinum-based active phase supported on different oxides (i.e., ZSM-5, TiO2, SiO2, Al2O3). The catalysts have been characterized (DRX, BET, XPS, ICP and MET) and tested in liquid phase in the absence of a base. The reaction conditions (i.e., temperature, glycerol concentration, O2 pressure) as well as the catalyst formulation have been optimized. This optimization was coupled with a kinetic study to gain a better understanding of the reaction mechanisms and the most important factors on catalytic activity. The glyceraldehyde thus formed is then converted into another aldehyde (i.e., glycolaldehyde) by enzymatic catalysis.The last part of the thesis consists on the optimization of the reaction conditions (temperature, O2 pressure) to increase the oxidation of glycolaldehyde to glycolic acid and glyoxal.

Si la GAPDH est une enzyme bien caractérisée sur le plan biochimique et structural, la contribution de ses deux sites de reconnaissance anionique lors de la catalyse reste incomprise et nécessitait la détermination des structures de l'intermédiaire thioacylenzyme et du complexe enzyme-produit. Ce manuscrit présente la mise au point des conditions de cristallisation et d'accumulation de l'intermédiaire thioacylenzyme (suivi par microspectrophotométrie) et du complexe enzyme-produit, la résolution et l'analyse des structures cristallographiques correspondantes ainsi que les implications pour le mécanisme catalytique. Les résultats obtenus mettent notamment en évidence un mouvement de "va-et-vient" du substrat au cours de la catalyse entre les deux sites de reconnaissance anionique qui est lié à l'étape d'échange du cofacteur. Bien que structuralement proche des GAPDH, l’E4PDH est une enzyme pour laquelle peu de données sont disponibles. De nombreuses questions restent donc posées concernant notamment les déterminants de l'affinité pour le cofacteur, la nature du site de reconnaissance anionique, ou encore le mécanisme d'activation de la molécule d'eau nécessaire à une étape d'hydrolyse efficace. Sont présentées dans ce manuscrit trois structures cristallographiques de l'E4PDH d'E. coli, sous forme apoenzyme, en présence de phosphate ou en complexe avec un analogue de cofacteur. L'analyse de ces structures a notamment permis de caractériser l'unique site de reconnaissance anionique de l'enzyme, de proposer des hypothèses quant à la faible affinité de l'enzyme pour le cofacteur, et d'identifier un candidat possible pour l'activation de la molécule d'eau hydrolytique. / Even if GAPDH is well characterized from a biochemical and structural point of view, the contribution of its two anion recognition sites to catalysis is still matter of debate. This work presents the crystallization, the strategy for the accumulation of the thioacylenzyme intermediate and for the obtaining of the enzyme-product complex, the resolution and analysis of the corresponding crystallographic structures and the implications in terms of reaction mechanism. The results mainly shed light on the existence of a flip-flop movement of the substrate between the two anion recognition sites during catalysis which is related to the cofactor exchange step. Although structurally related to GAPDHs, the E4PDH is an enzyme fairly less characterized. Many interrogations thus remain on the determinants of cofactor affinity, on the nature of the anion recognition site or on the mechanism of activation of the water molecule that is needed for an efficient hydrolysis step. This dissertation presents the resolution of three crystallographic structures of the E4PDH from E. coli, under the apoenzyme form, in the presence of phosphate or in complex with a cofactor analog. The analysis f these structures allows the characterization of the unique anion recognition site of this enzyme, to propose structural hypotheses to explain the low affinity of this enzyme for its cofactor and also to identify possible candidates for the activation of the nucleophilic water molecule.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les protéines de soya constituent un substrat très avantageux pour la formation de systèmes de libération de molécules actives. Les globulines du soya montrent en effet des propriétés fonctionnelles remarquables, notamment gélifiantes, permettant leur utilisation dans la formation d 'hydrogels. Afin de former des gels aux propriétés de libération modulables, la formation de gels de protéines de soya par réticulation a été envisagée. Le présent travail vise à étudier l'impact de la nature de l'agent réticulant employé: le glycéraldéhyde versus le glutaraldéhyde, de leur concentration ainsi que des conditions de formation des gels, plus particulièrement la présence de chlorure de sodium, sur les propriétés macroscopiques des gels, leur microctructure ainsi que leurs propriétés de libération in vitro. Les résultats de ces travaux ont montré que les propriétés macroscopiques étaient très influencées par l'agent réticulant employé, sa concentration ainsi que par la présence de sel lors de la formation des gels. Ainsi, une augmentation du degré de réticulation des gels ou l' aj out de sels durant leur formation conduirait à des changements importants dans les propriétés rhéologiques des gels ainsi que dans leur gonflement. Au contraire, une modification du degré de réticulation des gels et/ ou l'ajout de chlorure de sodium ne conduirait qu'à pas ou peu de changement dans les propriétés moléculaires des gels (structure secondaire des protéines) ou dans leurs propriétés microstructurales, notamment dans la valeur prise par la dimension fractale des flocs composant les gels. Il apparaît donc que la réticulation des globulines de soya conduirait à l'obtention de systèmes aux propriétés macroscopiques modulables mais aux propriétés microscopiques inchangées. Des études de dissolution in vitro ont montré que le degré de réticulation des gels influait sur leurs propriétés de libération. Toutefois, un effet majeur de la charge ionique des molécules piégées au sein du gel ainsi que des conditions physico-chimiques (pH, présence d'enzymes) a été démontré. Par conséquent, si le degré de réticulation des gels ne montre qu'une faible influence sur les phénomènes de libération, les propriétés ioniques de la molécule à libérer et des protéines constituant le gel semblent avoir une importance capitale.