Cette thèse décrit différentes stratégies pour co-immobiliser au sein d'un film sol-gel une déhydrogénase, le cofacteur NAD+/NADH et un système pour régénérer électrochimiquement ce cofacteur. L'immobilisation de la déshydrogénase dans la matrice sol-gel a été obtenue en utilisant un polyélectrolyte positivement chargé comme additif dans le sol de départ. Le film peut être déposé par les procédés d'évaporation ou d'électrogénération, permettant alors la fonctionnalisation d'électrodes d'or macroporeuses. La diaphorase a également pu être co-encapsulée pour la régénération du cofacteur NAD+. L'immobilisation du cofacteur a ensuite été obtenue par couplage chimique du NAD+ avec le groupement époxy du glycidoxypropylsilane avant formation du film. Plusieurs stratégies d'immobilisation du médiateur électrochimique ont alors été étudiées avec succès. Les espèces de type ferrocène ou des complexes d'osmium(III) peuvent être incorporées dans la matrice sol-gel par encapsulation de polymères portant ces médiateurs (Fc-PEI et polymère d'osmium) ou par co-condensation avec un ferrocène fonctionnalisé par un groupement silane. Finalement d'autres stratégies ont été étudiées basées sur la fonctionnalisation de nanotubes de carbone par un traitement micro-onde, par électropolymérisation du vert de méthylène, ou par recouvrement par un polymère de type acrylate portant des complexes d'osmium(III). L'électrogénération d'une couche mince sol-gel servant à immobiliser les protéines et le cofacteur à la surface des nanotubes fonctionnalisés par le polymère d'osmium(III) a alors permis d'observer une réponse électrocatalytique de stabilité remarquable. / In this thesis, the research work was focused on designing functional layers based on silica sol-gel thin films to co-immobilize dehydrogenase, cofactor and electron mediator to get the most highly active systems. Immobilization of dehydrogenase in an active form in a sol-gel matrix was obtained by using a positively-charged polyelectrolyte as additive in the starting sol. The optimal sol can be deposited by evaporation or by electrodeposition and was successfully deposited in macroporous electrodes. The immobilization of the cofactor was investigated by simple entrapment, adsorption to carbon nanotube (CNTs), encapsulation of NAD+ chemically attached to dextran(NAD-dextran), and by in-situ coupling with glycidoxypropyltrimethoxysilane (GPS). The last approach allowed stable immobilization of the cofactor. Several mediators (Fc-PEI, Fc-Silane or Osmium polymer) were successfully co-immobilized with dehydrogenase and cofactor in the sol-gel matrix deposited by drop-coating. However, such co-immobilization did not operate in the electrogenerated sol-gel films. The strategies based on CNTs for mediator immobilization were finally developed. They include (1) micro-wave treatment (MWCNTs-µW), (2) electrochemical deposition of poly(methylene green) (MWCNTs-PMG), and (3) wrapping by osmium(III) polymer (MWCNTs-Os). MWCNTs-Os has been the only system that was successfully combined with sol-gel electrodeposition for co-immobilization of dehydrogenase and cofactor.

Le repliement des protéines est un des problèmes centraux de la biologie. Il s'agit de comprendre comment la chaîne polypeptidique d'une protéine se replie pour acquérir sa structure tridimensionnelle biologiquement active. Il a été démontré dans les années 60 que la forme repliée de la protéine est le plus stable d'un point de vue thermodynamique et qu'il est défini par la structure primaire. La réaction de repliement correspond ainsi à la dernière étape de l'utilisation de l'information contenue dans l'ADN. Cependant, Il est possible que les protéines se replient mal et interagissent entre elles pour former des fibres amyloïdes. Ce sont des agrégats structurés impliqués dans plusieurs maladies comme la maladie d'Alzheimer, de Parkinson... <br>Ces phénomènes sont étudiés ici dans le cas de l'alpha-lactalbumine, une protéine du lait qui possède un site de liaison pour le calcium. Le repliement est tout d'abord étudié en présence de métaux se liant au site du calcium. Ces expériences sont couplées à des expériences de dénaturation thermiques pour caractériser le rôle de la fixation des métaux sur les différents états de la protéine et son influence sur la cinétique de repliement.<br>La réaction est ensuite caractérisée en absence d'ion métallique. Elle est alors beaucoup plus lente et complexe. Différentes techniques spectroscopiques sont utilisées. Les résultats obtenus permettent de proposer un schéma réactionnel selon lequel un état précurseur de fibres amyloïdes est transitoirement peuplé. Enfin, pour compléter cette étude, les effets des interactions entre protéines sur la formation de fibres amyloïdes ont été étudiés pour différentes concentrations en sel.

Le cofacteur F420 est un coenzyme d’oxydoréduction essentiel pour la méthanogenèse chez les archées, un processus qui influence fortement les interactions métaboliques au sein du microbiote intestinal ; en outre, il joue un rôle important dans la pathogénicité de la bactérie Mycobacterium tuberculosis. L’étude de sa biosynthèse présente donc un intérêt majeur en Biologie.La formation du chromophore du F420 est catalysée par la F0-synthase, qui contient, de façon unique, deux domaines caractéristiques des enzymes à radical SAM (rSAM). Ces enzymes catalysent le clivage de la S-adénosylméthionine (SAM) pour former un radical 5′ déoxyadénosyle, capable d’initier un grand nombre de réactions radicalaires.Nous avons réussi à identifier les substrats de la F0-synthase et à reconstituer la synthèse du F0 in vitro. Nous avons également démontré que cette enzyme contient deux centre [4Fe-4S] 2+/1+ rSAM fonctionnels et caractérisé les étapes de la synthèse du F0. Ceci nous a permis de proposer un mécanisme réactionnel pour la F0 synthase. Nous avons ensuite entrepris la comparaison de la F0 synthase avec les deux autres enzymes rSAM tyrosine lyases connues à ce jour : ThiH, impliquée dans la biosynthèse de la vitamine B1, et HydG, impliquée dans la biosynthèse du cofacteur métallique de l’hydrogénase à fer-fer. Nous avons ainsi découvert de nouveaux aspects de la réaction de clivage de la tyrosine par ces enzymes, permettant une meilleure compréhension de ce groupe émergent au sein de la superfamille des enzymes rSAM. / Cofactor F420 is a redox coenzyme crucial for methanogenesis in Archaea, a process which plays a major role in metabolic interactions in the gut microbiota ; It also constitutes a key pathogenicity factor for Mycobacterium tuberculosis. Understanding the biosynthesis of this cofactor is thus of major interest.The biosynthesis of the chromophore of F420 is catalyzed by F0 synthase, which comprises, in a unique manner, two radical SAM (rSAM) domains. These enzymes catalyze the cleavage of S adenosylmethionine (SAM) to produce a 5′-deoxyadenosyl radical, which can initiate a broad range of radical reactions.We succeeded to identify the substrates of F0-synthase and to perform the biosynthesis of F0 in vitro. We ascertained that F0-synthase contains two functional [4Fe-4S]2+/1+ rSAM clusters, and characterized the steps of the reaction of F0 synthesis. Based on these date, we proposed a mechanism for the F0-synthase reaction. Furthermore, we compared F0 synthase with the two other radical SAM tyrosine lyases identified to date: ThiH, which is involved in vitamin B1 biosynthesis, and HydG, which is involved in the biosynthesis of the metal cofactor of iron-iron hydrogenases. We obtained novel insights of the reaction of tyrosine cleavage catalyzed by these enzymes, providing a better understanding of this emerging group in the rSAM enzyme superfamily.