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Accueil du site > Animations Scientifiques > Séminaires 2007 > About multicenter redox enzymes, how they work, and how to study them using direct electrochemistry - Sur le fonctionnement des enzymes rédox multicentres et leur étude par électrochimie directe

About multicenter redox enzymes, how they work, and how to study them using direct electrochemistry - Sur le fonctionnement des enzymes rédox multicentres et leur étude par électrochimie directe

Orateur :

Christophe Léger, Laboratoire de Bioénergétique et Ingénierie des Protéines, CNRS, Marseille

Salle :

C023 (RDC LR6 côté CECAM)

Sujet :

English

We are interested in studying the mechanism of enzymes which catalyse redox reactions involved in bacterial bioenergetic metabolisms.

A significant difference between the chemist’s synthetic inorganic catalysts and the large multicenter enzymes we study is that the mechanism of the latter involves a number of different steps (intramolecular and intermolecular electron transfers, intramolecular mass transport, proton transfers, active-site chemistry...) which occur in a concerted manner on distinct sites of the protein that may be very far apart from one another. Some of these steps remain difficult to study using conventional techniques, and very little is known about how the interplay between these chemical events gives the enzyme its global properties, in terms of substrate specificity and catalytic directionality.

I will illustrate my discussion of the mechanism of these enzymes with results obtained on a "NiFe hydrogenase", an enzyme which catalyse the conversion between molecular hydrogen and protons, which we study using site-directed mutagenesis, EPR spectroscopy, crystallography and various kinetic methods including Protein Film Voltammetry (PFV). In this technique, a sample of a protein is adsorbed onto an electrode in such a way that there is fast interfacial electron transfer and complete retention of the chemistry of the active site that is observed in more conventional experiments. Over the last years, PFV has emerged as a very useful tool to study several aspects of the mechanism of redox enzymes. In this communication, emphasis will be on the kinetics of intramolecular electron transfer along the chain of iron-sulfur clusters in the enzyme and on the kinetics of intramolecular mass transport inside the gas channels. In both cases, mutations that have no effect on the active site dramatically change the catalytic properties of the enzyme.

Français

Nous étudions le mécanisme à l’échelle moléculaire d’enzymes qui catalysent des réactions rédox liées au métabolisme bioénergétique (de façon ultime, à la synthèse d’ATP).

Une différence majeure entre les petits catalyseurs inorganiques synthétisés par les chimistes et les larges enzymes multicentres que nous étudions est que le mécanisme catalytique de ces dernières met en jeu un grand nombre d’étapes de natures très différentes (chimie au site actif, transferts de protons et d’électrons à longue distance, diffusion intramoléculaire le long de canaux) qui se produisent de façon concertée sur des sites de l’enzyme qui peuvent être séparés les uns des autres de plusieurs dizaines d’Angstroms. Certaines de ces étapes sont très difficiles à étudier à l’aide de techniques traditionnelles, et on ne sait encore presque rien sur la façon dont elles interagissent pour donner à l’enzyme ses propriétés globales, en termes de vitesse, de sélectivité et de directionnalité.

J’illustrerai mon exposé en discutant le fonctionnement d’hydrogénases, des enzymes qui catalysent la formation et l’oxydation du di-hydrogène, et que nous étudions dans une approche pluridisciplinaire qui inclut la biochimie couplée à la mutagenèse dirigée, des spectroscopies magnétiques, la cristallographie et plusieurs méthodes cinétiques, dont l’électrochimie directe. Dans cette technique, l’enzyme est adsorbée sur une électrode dans une configuration telle que le transfert d’électrons interfacial est rapide et direct, et l’enzyme conserve les propriétés catalytiques observées dans des expériences plus traditionnelles. Ces dernières années, cette technique est apparue comme un outil particulièrement utile pour sonder de nombreux aspects du fonctionnement des enzymes respiratoires, et des hydrogénases en particulier.

J’introduirai et je résumerai certains de nos résultats récents qui concernent la cinétique de transfert d’électron intramoléculaire le long des "chapelets" de centres rédox dans l’enzyme et la cinétique de transport de matière intramoléculaire le long des canaux qui connectent le site actif de l’enzyme au solvant. Dans les deux cas, des mutations qui n’ont pas d’effet sur le site actif changent dramatiquement les propriétés catalytiques globales de l’enzyme.

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