Les chercheurs ont franchi un obstacle au nettoyage environnemental de certains contaminants avec une enzyme synthétique nouvellement conçue qui réduit le composé sulfite en sulfure, une réaction chimique à plusieurs étapes notoirement complexe qui a échappé aux chimistes pendant des années.

Dans la revue Science , des chimistes de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont décrit leur enzyme contenant deux centres différents contenant du fer, reliés entre eux par une seule enzyme.

Réduction des sulfites, une oxydation-réduction courante - ou réaction redox - peut interférer avec le nettoyage d'une classe majeure de contaminants environnementaux, notamment les nitrates, arséniate et perchlorate. Ces contaminants pénètrent dans l'environnement en tant que sous-produits de la production de carburant pour fusée, munitions et engrais. Le sulfite est également présent naturellement et interfère avec l'élimination de composés plus toxiques, et les chimistes n'ont pas été en mesure de créer des catalyseurs pour éliminer le sulfite car cela nécessite de multiples étapes de réactions utilisant un site actif complexe qui est difficile à concevoir et à synthétiser.

"De nombreuses réactions biochimiques nécessitent une série d'enzymes travaillant ensemble pour effectuer des réactions en plusieurs étapes, mais la réduction des sulfites n'utilise qu'une seule enzyme, appelé sulfite réductase, qui fait tout le travail, " dit Yi Lu, professeur de chimie à l'Illinois. "La nature a créé une structure enzymatique très complexe pour gérer cette réaction chimique, et les chercheurs n'ont pas été en mesure de le reproduire jusqu'à présent."

Les groupes précédents qui ont tenté de construire une enzyme synthétique réductrice de sulfite se sont concentrés sur la création de modèles structurels qui ressemblent au site actif d'enzymes natives, a déclaré Evan Mirts, étudiant diplômé en chimie. Pour cette étude, l'équipe a utilisé une enzyme comme échafaudage pour ancrer des amas d'atomes de fer et de soufre qui se comportent comme de minuscules batteries moléculaires, transférer les électrons nécessaires pour pousser la réaction d'oxydoréduction.

"Je crois que nous avons réussi parce que nous nous sommes concentrés sur la fonctionnalité de notre enzyme synthétique, ne pas reconstruire la structure la plus simple possible, " a déclaré Mirts. " Nous avons pris en compte les interactions qui sont généralement considérées comme secondaires, ou moins important pour la réaction d'oxydoréduction globale. Il s'avère que ces interactions sont extrêmement importantes."

« Quand nous avons pris en compte ces interactions dites plus faibles dans notre enzyme conçue, nous avons soudainement vu une activité de réaction redox qui était très similaire à celle de l'enzyme réductrice de sulfite naturelle, " dit Lou, également membre conjoint du Pacific Northwest National Laboratory du département de l'Énergie des États-Unis.

L'équipe envisage que leur enzyme nouvellement développée inspire une nouvelle génération de catalyseurs pour aider à nettoyer les déchets toxiques dans l'environnement et aider à améliorer la qualité des produits pétroliers.

« Au-delà des applications pratiques, Je pense que notre travail ici a avancé la frontière de la conception d'enzymes artificielles en termes de décryptage de la complexité des réactions redox et de conception de catalyseurs multifactoriels à très haute activité, " Lu dit. " Avec la démonstration réussie de ce système, nous pouvons maintenant commencer à concevoir de nombreuses autres enzymes multicofacteurs aux performances encore plus complexes, réactions difficiles dont on ne pouvait que rêver avant."