Des catalyseurs polyvalents dotés de nouvelles caractéristiques et fonctions pourraient révolutionner les stratégies de synthèse des scientifiques, ouvrant la voie à des produits chimiques de grande valeur et à une industrie chimique plus verte. À la recherche de tels catalyseurs, les scientifiques ont mis au point une enzyme capable d'accélérer une réaction organique bien connue pour sa vitesse de réaction extrêmement lente.

La réaction en question s'appelle la réaction de Morita-Baylis-Hillman (MBH), un processus puissant utilisé pour former une liaison carbone-carbone entre un alcène et un composé électrophile tel qu'un aldéhyde. La réaction MBH crée des produits qui sont des éléments de base utiles pour d'autres synthèses. Cependant, il nécessite des charges de catalyseur élevées et a de longs temps de réaction avec les catalyseurs existants (normalement des catalyseurs à petites molécules tels que DABCO et DMAP), prenant plusieurs jours pour produire une quantité utile de produit. Par conséquent, malgré son utilité en synthèse organique, ces inconvénients empêchent son utilisation plus répandue.

"Les catalyseurs typiques que vous utilisez pour cette réaction sont de petits nucléophiles", déclare le professeur Anthony Green de l'Université de Manchester, au Royaume-Uni, hôte du projet enzC-Hem, dans un article publié sur "Chemistry World". "La beauté de la biologie est que si vous pouvez concevoir une enzyme ou concevoir une protéine pour faire cette réaction, l'accélération de la vitesse est significative par rapport à tout ce qui a été réalisé avec la chimie des petites molécules", poursuit le professeur Green, qui est l'auteur principal. de l'étude publiée dans la revue Nature Chemistry .

La voie vers un meilleur catalyseur

Visant à créer le premier biocatalyseur efficace et sélectif de la réaction MBH, l'équipe de recherche a utilisé une enzyme, la BH32, mise au point quelques années plus tôt par le Dr David Baker et son équipe de l'Université de Washington aux États-Unis. Comme indiqué dans l'article de presse, alors que le Dr Baker - qui est co-auteur de l'étude actuelle - et son équipe ont réussi à concevoir des enzymes pour la réaction MBH, ces enzymes ont agi faiblement. "Ils étaient catalytiquement compétents, mais n'étaient pas des biocatalyseurs viables", selon le professeur Green.

Pour créer la nouvelle enzyme, l'équipe de recherche dirigée par le professeur Green a soumis l'enzyme primitive BH32 à un processus appelé évolution dirigée. Outil d'ingénierie puissant pour adapter les enzymes aux transformations souhaitées, l'évolution dirigée améliore les fonctions des protéines grâce à des cycles répétés de mutation et de sélection. Après 14 cycles d'évolution, l'équipe de recherche a réussi à concevoir une enzyme appelée BH32.14 qui est nettement plus rapide et qui est également énantiosélective.

Les résultats ont montré que de faibles concentrations de BH32.14 ajoutées à la réaction MBH peuvent atteindre des rendements beaucoup plus importants que des charges élevées de catalyseurs actuels à petites molécules. De plus, la réaction ne prend que quelques heures, pas plusieurs jours.

L'enzyme nouvellement conçue "est l'une des enzymes conçues les plus complexes appliquées à la chimie organique à ce jour", rapporte l'article. Les travaux soutenus par enzC-Hem (Creating Versatile Metallo-Enzyme Environments for Selective C-H Activation Chemistry:Lignocellulose Deconstruction and Beyond) montrent que la combinaison de la conception informatique et de l'évolution dirigée pourrait conduire à de nouveaux biocatalyseurs pour d'importantes transformations chimiques introuvables dans la nature. + Explorer plus loin

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