CnrX est un senseur périplasmique, ancré à la membrane, appartenant au complexe CnrYXH qui contribue à réguler l'expression des gènes impliqués dans la résistance au nickel et au cobalt chez Cupriavidus metallidurans CH34. La résistance est induite par la libération de CnrH, un facteur sigma de type ECF (Extracytoplasmic Function), par le complexe CnrYX en réponse à Ni et Co. Nous avons cherché à comprendre la manière dont CnrXs, le domaine senseur de CnrX, détecte les ions métalliques, les stratégies utilisées pour sélectionner spécifiquement Ni ou Co ainsi que la nature du signal engendré par cette interaction. Les techniques spectroscopiques et biophysiques telles que l'UV-visible, la RPE, le XAS et l'ITC ont permis d'étudier les sites métalliques en solution. Le dimère de CnrXs possède quatre sites de liaison au cobalt. Deux des sites (sites F) sont retrouvés dans la protéine entière dont nous avons maintenant un excellent modèle avec le mutant CnrXs-H32A. Les deux autres sites (sites E) ont un signal spectroscopique atypique probablement dû à la formation d'un complexe binucléaire de cobalt. Nous présentons également des structures à haute résolution de CnrXs dans ses formes apo et métallées par le nickel, cobalt ou zinc. Nous avons établi que la forme zinc est la forme inactive de la protéine et que le mécanisme de détection est engendrée par la substitution du zinc par le nickel et le cobalt dans le site F, conduisant à une modification majeure du site de liaison au métal. Tandis que le zinc est pentacoordiné dans une sphère 3N2O, Ni et Co recrutent le soufre de la seule méthionine (Met123) comme sixième ligand pour former un site octaédrique. Nous suggérons que Met123 soit l'interrupteur moléculaire dont la liaison avec le métal fait évoluer la structure de la protéine vers une conformation active. A notre connaissance, ces résultats constituent la première étude structurale et spectroscopique d'un senseur de métal périplasmique impliqué dans un système de transduction du signal dépendant d'un facteur sigma de type ECF. / CnrX is the membrane-anchored periplasmic sensor of the CnrYXH complex that contributes to regulate the expression of the genes involved in cobalt and nickel resistance in Cupriavidus metallidurans CH34. This resistance is induced by the release of the ExtraCytoplasmic Function (ECF) sigma factor CnrH from the CnrYX complex upon sensing of Ni or Co. We addressed the metal sensing mechanisms of CnrXs, the strategies used to select Ni or Co and the nature of the signal onset. Biophysical and spectroscopic techniques allowed us to study the metal binding sites in solution. The CnrXs dimer contains four cobalt binding sites. Two (F sites) are present in the full-length protein which H32A-CnrXs mutant is an excellent model of. The two other sites have an unusual spectroscopic signal that might be due to the formation of a binuclear cobalt complex. We present also high-resolution structures of CnrXs in the apo, Ni-, Co-, and Zn-bound forms. We propose that Zn-bound CnrX typifies the resting state of the complex and that the sensing mechanism is triggered by the substitution of Zn for Ni or Co in the F site. This substitution leads to dramatic changes in the metal-binding site. While the Zn ion is pentacoordinated in a 3N2O sphere, Ni or Co ions recruit the thioether sulfur of the only methionine (Met123) residue as a sixth ligand to form an octahedral site. We propose that the Met123 side chain recruitment is the qualitative change that switches on the sensing mechanism by remodeling the four-helix bundle that accommodates the metal-binding site. To our knowledge these results represent the first structural and spectroscopic study of a periplasmic metal sensor involved in transmembrane signal transduction for the activation of an ECF-type sigma factor.

Metal nanoclusters exhibit unique properties which differ from their bulk materials, owing to the quantum size effects. For example, the catalytic activity of transition metal nanoclusters generally increases with decreasing particle size. However, nanoclusters tend to be fairly unstable with respect to the agglomerate into bulk metal in solution and thus special precautions have to be taken to avoid their aggregation or precipitation during the preparation of such nanoclusters in solution. In order to obtain stable nanoclusters dispersed in solution, a stabilizing agent is usually added into the reaction system. The stabilization of metal nanoclusters in solution can be achieved either by electrostatically by using charged ions such as acetate ion or sterically by long chain molecules such as polymers. Polymers are one of the most widely used steric stabilizers for the preparation of stable metal nanoclusters in solution. The use of polymers as stabilizer for the synthesis of transition metal nanoclusters provides advantegous regarding solubility, conductivity, thermal stability and reusability. The metal nanoclusters stabilized by polymers generally show higher catalytic activity, stability and optical properties. In this dissertation we report the preparation and characterization of water soluble polymer stabilized transition metal(0) (metal= Ni, Co and Ru) nanoclusters and their v catalysis in hydrogen generation from the hydrolysis of sodium borohydride (NaBH4) and ammonia borane (AB) which are the best candidates as chemical hydrogen storage materials for on-board applications. The water soluble polymer stabilized nickel(0), cobalt(0) and ruthenium(0) nanoclusters were prepared by using two different facile methods / (i) the reduction of metal precursors by sodium borohydride in the presence poly(N-vinyl pyrrolidone) (PVP) in methanol solution after 1h reflux, (ii) the in situ generation during the hydrolysis of ammonia borane in the presence of poly(4-styrene sulfonicacid-co-maleic acid) (PSSA-co-MA). The characterization of both type of polymer stabilized transition metal(0) nanoclusters were done by using UV-Visible electronic absorption spectroscopy (UV-Vis), transmission electron microscopy (TEM), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD) and FT-IR techniques. The catalytic activity of PVP stabilized nickel(0), cobalt(0) and ruthenium(0) nanoclusters was tested in the hydrolysis of NaBH4 and AB. The catalytic acitivity of PSSA-co-MA stabilized nickel(0), cobalt(0) and ruthenium(0) nanoclusters was tested only in the hydrolysis of AB in which they were in situ generated. The kinetics of hydrogen generation from both hydrolysis reactions in the presence PVP or PSSA-co-MA stabilized nickel(0), cobalt(0) and ruthenium(0) nanoclusters were studied depending on the polymer to metal ratio, catalyst concentration, substrate concentration and temperature as well as the activation parameters (Arrhenius activation energy (Ea), activation enthalpy (

Diese Dissertation stellt die erste Anwendung des magneto-optischen Kerr Effektes (MOKE) auf ferromagnetische Metall/Organische Heterostrukturen zur Aufklärung der optischen und chemischen Eigenschaften dar. Die MOKE-Untersuchungen wurden spektroskopisch in einem Energiebereich von 1.7 eV bis 5.5 eV durchgeführt. Heterostrukturen, wie sie hier untersucht werden, sind relevant für Anwendungen in der organischen Spintronik. Die Auswertung der Experimentellen Daten wird unterstützt durch numerische Simulationen eines Schichtmodells und ergänzende Untersuchung der strukturellen und magnetischen Eigenschaften unter Zuhilfenahme von AFM, TEM, SEM, STXM und SQUID-Magnetometrie. In der aktuellen Arbeit wurde Ni als Beispiel einer ferromagnetischen Schicht oberhalb oder unterhalb des organischen Films verwendet. Die organische Schicht besteht jeweils aus den diamagnetischen Molekülen Rubren, Pentacen und Fulleren, welche nur ein vernachlässigbares MOKE-Signal aufweisen. Zum Vergleich wurden das metallfreie Phtalocyanin H2Pc, welche ein nur eine bis zwei Größenordnungen schwächeres MOKE Signal als das genutzte Ni zeigen, betrachtet. Selbst Moleküle, welche kein intrinsisches MOKE-Signal zeigen, können über die optische Interferenz Einfluss auf das MOKE Signal von Ni nehmen. Daher kann die Dicke der organischen Schicht genutzt werden, um den Verlauf des MOKE Spektrum zu kontrollieren. Dies wird für Rubren und C60 gezeigt. Beim Vergleich des MOKE-Spektrums von Rubren/Ni- und Ni/Rubren-Doppelschichten war es möglich zu zeigen, dass die Metallablagerung an der Oberfläche einen Versiegelungseffekt hat, welcher die Oxidation der organischen Unterschicht verlangsamt. AFM und TEM Messungen zeigen, dass Ni die Morphologie der unteren Rubrenschicht annimmt. Die Proben, die mit einer geringen Wachstumsrate von Rubren hergestellt wurden, weisen bei einer nominellen Schichtdicke von 15 nm klar geformte Rubren-Inseln mit großen Abständen zwischen ihnen auf. In diesen Fällen zeigte die magnetische Hysteresemessung von MOKE bei Raumtemperatur eine unterschiedliche Gestalt in Abhängigkeit von der Photonenenergie. Die Hystereseschleifen wurden durch die Präsenz zweier magnetischer Phasen interpretiert. Die MOKE-Spektren dieser beiden Phasen wurden aus dem experimentellen Spektrum separiert. Die Gestalt des gemessenen Spektrums ändert sich mit der Stärke des angelegten Feldes aufgrund der unterschiedlichen Beiträge der zwei Phasen. An den ferromagnetischen Metall/organischen Schichten wurde TEM angewendet, um die Größe der Metallpartikel zu bestimmen, sowie STXM um die Orientierung der organischen Moleküle festzustellen. Die Schichtdicke, das Massenverhältnis sowie die Wechselwirkung zwischen Metall und organischen Material beeinflussen nachweislich das MOKE Signal.