Des chimistes de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont mis au point un catalyseur organique capable de déclencher des réactions à l'aide de pyruvate, une biomolécule clé dans de nombreuses voies métaboliques, qui sont difficiles et compliquées à réaliser à l'aide de techniques industrielles conventionnelles.

La recherche, récemment publiée dans Lettres organiques , est une étape importante vers la simplification du processus de production et l'augmentation de la gamme de molécules qui peuvent être construites à partir du pyruvate, comme les acides aminés ou les acides glycoliques, qui sont utilisés dans les efforts de découverte de médicaments et de médicaments.

"Les catalyseurs, des substances qui contrôlent et accélèrent les réactions chimiques sans être inclus dans les produits finaux, sont des outils cruciaux pour les chimistes", a déclaré Santanu Mondal, titulaire d'un doctorat. candidat en chimie et bioingénierie chimique à l'OIST et premier auteur de l'étude. "Et les catalyseurs organiques, en particulier, sont sur le point de révolutionner l'industrie et de rendre la chimie plus durable."

Actuellement, les catalyseurs métalliques sont utilisés dans l'industrie, qui sont souvent coûteux à obtenir et à produire des déchets dangereux. Les catalyseurs métalliques réagissent également facilement avec l'air et l'eau, ce qui les rend difficiles à stocker et à manipuler. Mais les catalyseurs organiques sont formés à partir d'éléments communs, comme le carbone, l'hydrogène, l'oxygène et l'azote, ils sont donc beaucoup moins chers, plus sûrs et plus respectueux de l'environnement.

"En plus de ces avantages, notre nouveau système de catalyseur organique favorise également des réactions utilisant du pyruvate qui ne sont pas facilement réalisables avec des catalyseurs métalliques", a ajouté Santanu.

Dans toutes les réactions chimiques, a-t-il expliqué, les molécules peuvent réagir soit en cédant des électrons, soit en les recevant. Le pyruvate est beaucoup plus apte à recevoir des électrons lorsqu'il réagit et est généralement utilisé de cette manière dans l'industrie, pour produire des alcools et des solvants organiques. Mais dans notre corps, des catalyseurs protéiques appelés enzymes peuvent provoquer des réactions dans lesquelles le pyruvate cède des électrons pour produire des molécules comme les acides gras et les acides aminés.

En s'inspirant de ces enzymes, les chercheurs ont conçu un système catalytique composé de deux petites molécules organiques, un acide et une amine, qui force le pyruvate à agir comme donneur d'électrons.

Dans la réaction, l'amine se lie au pyruvate, formant une molécule intermédiaire. L'acide recouvre alors une partie de la molécule intermédiaire, tout en laissant une autre partie, qui peut donner des électrons, libre de réagir et de former un nouveau produit.

Il est important de noter que le système catalytique est hautement sélectif quant à la forme du produit qu'il fabriquera. Comme nos mains, de nombreuses biomolécules sont asymétriques et peuvent exister sous deux formes qui sont des images miroir l'une de l'autre. Ces molécules se ressemblent, mais ont souvent des propriétés différentes.

"Les catalyseurs organiques peuvent être conçus de manière à ce qu'à la fin de la réaction, une seule de ces formes d'image miroir soit créée", a déclaré Santanu. "Cela est particulièrement bénéfique dans l'industrie pharmaceutique, où l'une des formes peut être un traitement efficace, mais l'autre forme peut être toxique."

Pour les réactions au pyruvate, les chercheurs ont pu choisir sélectivement laquelle des deux formes d'image miroir du produit final à fabriquer, en changeant la forme d'image miroir de l'amine utilisée pour catalyser la réaction.

Actuellement, le système de catalyseur organique ne fonctionne que lors de la réaction du pyruvate avec une classe spécifique de molécules organiques, appelées imines cycliques. Mais en fin de compte, l'équipe de recherche rêve de créer un catalyseur de nouvelle génération pour le pyruvate qui soit universel, ce qui signifie qu'il peut accélérer les réactions entre le pyruvate et un large éventail de molécules organiques.

"Avec un catalyseur universel, les chimistes pourraient facilement fabriquer une gamme de divers produits à partir de pyruvate, sous les deux formes d'image miroir", a déclaré Santanu. "Cela aurait de nombreux impacts significatifs sur la société, comme l'accélération du développement de nouveaux médicaments." + Explorer plus loin

Façonner les catalyseurs du futur