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    L'enzyme Designer utilise un acide aminé non naturel pour la catalyse

    Structure de LmrR, une protéine avec un grand pore à son interface dimère, qui peuvent lier des antibiotiques ou recruter des substrats pour subir une catalyse. Crédit :Clemens Mayer / Université de Groningue

    Les chimistes de l'Université de Groningue ont créé une nouvelle enzyme avec un acide aminé non naturel comme centre actif. Ils ont fabriqué l'enzyme en modifiant une protéine de liaison aux antibiotiques qui agit normalement comme un facteur de transcription bactérien. D'autres modifications du site réactif peuvent créer différentes enzymes à utiliser dans la synthèse chimique. Une description de la nouvelle enzyme a été publiée dans Chimie de la nature le 2 juillet.

    L'industrie chimique travaille dur pour remplacer les procédés conventionnels, qui peut utiliser des produits chimiques toxiques ou beaucoup d'énergie, avec des alternatives plus respectueuses de l'environnement. Une alternative populaire est les enzymes, qui fonctionnent généralement dans l'eau à des températures modérées. Cependant, le nombre de réactions catalysées par les enzymes naturelles est limité par rapport à ce qui est disponible en chimie. "C'est pourquoi la conception d'enzymes a vraiment décollé ces dernières années, " déclare Gerard Roelfes, professeur de chimie biomoléculaire à l'Université de Groningue.

    Catalyse accrue

    Les enzymes peuvent être modifiées de différentes manières. Encore, jusque là, seuls les 20 acides aminés naturels ont été utilisés pour créer le site actif des enzymes. Cela limite le nombre de réactions que ces enzymes conçues peuvent effectuer, fait valoir Roelfes :"Nous pensons que l'incorporation d'acides aminés non standard dans les protéines pourrait élargir considérablement le répertoire des enzymes de conception."

    Son équipe a utilisé un facteur de transcription bactérien comme point de départ pour leur conception. La protéine LmrR est un régulateur transcriptionnel de la bactérie Lactococcus lactis, qui répond aux antibiotiques; il ne catalyse pas les réactions chimiques par lui-même. C'est un dimère en forme de beignet avec une ouverture centrale qui lie les molécules hydrophobes. En utilisant des techniques de code génétique élargi, Roelfes et ses collègues ont introduit l'acide aminé non naturel p-aminophénylalanine dans la protéine de telle sorte que l'aniline de la chaîne latérale soit présente dans l'ouverture centrale. "L'aniline est un catalyseur connu en synthèse chimique, mais pas très puissant. Présentation de la protéine LmrR, a augmenté la catalyse de près de trois ordres de grandeur."

    Structure protéique de LmrR le pore. Lorsqu'un acide aminé non naturel, p-aminophénylalanine, est introduit dans ce pore, l'activité catalytique inhérente de la chaîne latérale d'aniline (structure rouge) est augmentée de près de trois ordres de grandeur pour un modèle de formation d'hydrazone. Crédit :Clemens Mayer / Université de Groningue

    Différentes réactivités

    La nouvelle enzyme lie les molécules organiques en formant une structure hydrazone, une réaction qui est utilisée en biotechnologie médicale, par exemple, coupler des médicaments à des anticorps. « Dans nos expériences, nous avons utilisé une réaction qui donne un produit joliment coloré, afin que nous puissions facilement mesurer l'activité de la nouvelle enzyme. » Roelfes et son équipe modifient maintenant l'ouverture centrale pour augmenter l'efficacité de l'enzyme et l'adapter à des réactions spécifiques.

    « Il existe de nombreuses options pour utiliser cette conception enzymatique dans la synthèse chimique, " dit Roelfes " Et nous pourrions également introduire d'autres acides aminés non naturels qui ont des réactivités différentes. " En combinant ces nouvelles propriétés catalytiques avec le site de liaison proche de la protéine LmrR, Roelfes est convaincu que de nombreuses nouvelles enzymes utiles peuvent être créées.


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