Développement ciblé de systèmes hybrides supportés à base de laccase pour la catalyse en flux continu

Résumé

Les catalyseurs hétérogènes sont aujourd'hui largement développés afin d'obtenir une meilleure stabilité, une meilleure réutilisation ainsi qu'une meilleure localisation. Dans cette optique, nous avons d'abord préparé des catalyseurs hétérogènes à base d'enzymes par l'immobilisation d’une laccase d'origine fongique contenant seulement deux lysines de surface spatialement proches (K40, K71) ainsi que deux de ses variants contenant une lysine unique -une située à proximité du site d'oxydation du substrat (K157) et une à l'opposé de ce site d'oxydation (K71)- dans des mousses de silice de type Si(HIPE) à porosités contrôlées. L'immobilisation a été réalisée par liaison covalente entre l'enzyme et la mousse activée à faible teneur en glutaraldéhyde. En testant la décoloration de colorants dans un réacteur à flux continu, nous montrons que l'activité du catalyseur hétérogène est comparable à son homologue homogène. Son activité opérationnelle reste aussi élevée que 60 % après douze cycles de décoloration consécutifs et un an de stockage. Plus important encore, en comparant les activités sur différents substrats pour des catalyseurs orientés différemment, nous montrons une discrimination double pour l'ABTS par rapport à l'ascorbate. Par ailleurs, les métalloenzymes artificielles peuvent utiliser les avantages des catalyseurs métalliques et enzymatiques pour réaliser une oxydation aérobie de manière durable. Nous avons donc immobilisé un complexe Pd(II) à base de biquinoline et une laccase dans des monolithes de silice pour l'oxydation de l'alcool veratrylique. Afin de contrôler la réactivité, trois méthodes d'immobilisation ont été utilisées pour la construction de ces catalyseurs hybrides hétérogènes.

Les catalyseurs hybrides immobilisés présentent une activité améliorée par rapport au complexe de Pd immobilisé seul pour chaque méthode testée, attestant de la synergie entre le Pd et la laccase. En modulant l'orientation de l'enzyme vers le complexe de Pd(II) et la mousse de silice, nous montrons que l'activité de l'hybride de Pd(II)/UNIK157 est en moyenne deux fois plus importante que celle de Pd(II)/UNIK71. Une bonne stabilité et réutilisation est observée quel que soit l'orientation de l'enzyme. Cette étude donne un aperçu de l'utilisation de supports solides qui au-delà de permettre la stabilité et la réutilisation deviennent des partenaires synergiques dans le processus catalytique.

Mots clés : Métalloenzyme artificiel, catalyseur hétérogène, palladium, laccase, oxydation aérobie, alcool veratrylique, décoloration de colorants. 

Soutenance de thèse de Madame Fangfang YANG

Date : 19 octobre 2021, à 9h00
Lieu : Amphi INSPE, faculté Saint Jérôme (52 Avenue Escadrille Normandie Niemen, 13013 Marseille)

Titre : Développement ciblé de systèmes hybrides supportés à base de laccase pour la catalyse en flux continu

Ecole doctorale : ED 250 Sciences Chimiques

Spécialité : Sciences Chimiques

Rapporteurs

• Madame Belen ALBELA, Maitre de Conférences, Ecole Normale Supérieure de Lyon, France.

• Monsieur Nicolas MANO, Directeur de Recherche CNRS, Univ. Bordeaux, CRPP, France.

Membres du jury

• Madame Belen ALBELA, Maitre de Conférences, Ecole Normale Supérieure de Lyon, France

• Monsieur Nicolas MANO, Directeur de Recherche CNRS, Univ. Bordeaux, CRPP, France

• Madame Yasmina MEKMOUCHE, Chargée de recherche, Aix-Marseille Université, France

• Madame Ling PENG, Directeur de recherche, Aix-Marseille Université, France

• Monsieur Thierry TRON, Directeur de Recherche, Aix-Marseille Université, France

• Madame Laurence HECQUET, Professeur, Université Clermont Auvergne, France.