Voltammétrie cyclique, Exaltation de la bioélectrocatalyse, Nanogabarits viraux, Nanocorps, Cinétique enzymatique

L'objectif de cette thèse est l'étude de l'activité catalytique d'un système électro-enzymatique organisé sur des particules virales adsorbées en un réseau aléatoire sur surfaces d'électrodes. Dans le cadre de ce travail, les particules virales utilisées comme nano-gabarits ont été, pour la première fois, des particules de géométrie icosaédrique (quasi-sphérique) de ~30 nm de diamètre, celles du virus du court-noué de la vigne (Grapevine Fan Leaf Virus, GFLV). L'enzyme redox quinoprotéine glucose déshydrogénase (PQQ-GDH) et son médiateur redox ferrocène (Fc), porté par des chaines polyéthylène glycol flexibles (PEG), ont été co-immobilisés sur les particules virales adsorbées, grâce à une stratégie d'assemblage immunologique, afin de former un nanosystème électro-enzymatique intégré oxydant le glucose. Le schéma de montage original mis au point fait appel à des nanocorps, qui présentent les mêmes propriétés de reconnaissance moléculaire que les anticorps, mais qui sont bien plus petits (5 nm contre 15 nm de diamètre). Plusieurs types de nanocorps, reconnaissant des sites distincts du GFLV, ont été conjugués à l'enzyme ou au médiateur Fc-PEG et utilisés comme autant de briques macromoléculaires régio-spécifiques pour l'assemblage sur virus. L'activité catalytique du système intégré a été étudiée à l'échelle d'ensemble par voltamétrie cyclique. La caractérisation cinétique complète du fonctionnement enzymatique de particules virales, initialement décorées uniquement par les enzymes PQQ-GDH (en présence d'un cosubstrat redox soluble en solution), a montré que la simple immobilisation de l'enzyme sur la capside du GFLV n'a aucun effet sur le schéma cinétique de l'enzyme, ni sur son activité catalytique. Ainsi, contrairement à ce qui est parfois rapporté pour d'autres nano-bio-échafaudages nanométriques (p.ex. des origamis d'ADN), la petite taille et la forte charge électrique des nano-échafaudages viraux ne modulent pas universellement l'activité des enzymes redox, et certainement pas celle de la PQQ-GDH. La co-immobilisation de l'enzyme et de son cosubstrat (chaînes Fc-PEG) sur les échafaudages viraux, nous a ensuite permis d'étudier spécifiquement l'effet cinétique du confinement du cosubstrat à surface du GFLV sur l'activité de la PQQ-GDH. Nous avons constaté que la co-immobilisation induisait une exaltation enzymatique, en favorisant la coopérativité entre les deux sous-unités de l'enzyme homodimérique, via la "synchronisation" de leur état redox. Une diminution de l'inhibition de l'enzyme par son substrat (glucose) a également été observé.