La nature utilise des enzymes pour divers processus métaboliques. Ces catalyseurs biologiques sont extrêmement efficaces. Les catalyseurs biomimétiques basés sur des matières premières peu coûteuses provenant du laboratoire, capables de reproduire l'efficacité des enzymes naturelles et de fonctionner dans des conditions ambiantes, présentent donc un grand intérêt pour la recherche et l'industrie.
Dans le cadre d'un projet dirigé par l'Institut de chimie de l'Université Humboldt de Berlin (HU), des chercheurs ont étudié un groupe spécial de catalyseurs biologiques appelés oxydases. Ces enzymes catalysent diverses réactions d'oxydation, au cours desquelles des électrons sont libérés d'une substance et absorbés par une autre. Les petites particules très réactives, appelées radicaux, jouent souvent un rôle important dans ces processus.
L'enzyme d'intérêt actuel est la galactose oxydase présente dans de nombreux types de champignons, où un radical phénoxyle est utilisé comme oxydant. L'équipe dirigée par le chercheur Kallol Ray de l'HU a maintenant trouvé un moyen d'utiliser le radical phénoxyle en laboratoire de manière à augmenter considérablement la capacité d'oxydation.
Dans l'enzyme naturelle, le radical phénoxyle est stabilisé par un atome de soufre, ce qui limite sa capacité d'oxydation. Les chercheurs ont maintenant amélioré la capacité d’oxydation en fixant un radical phénoxyle non modifié au fer et ont caractérisé chimiquement ce radical fer-phénoxyle pour la première fois. L'équipe de Ray a collaboré avec des collègues de l'Université technique de Berlin et de l'Université du Michigan, aux États-Unis, sur ce projet.
Les travaux sont publiés dans la revue Nature Chemistry .
"Nous espérons que nos travaux constitueront le point de départ d'efforts plus ciblés visant à utiliser l'interaction radical fer-phénoxyle pour diverses réactions biochimiques", explique Ray. "Cela peut soutenir le développement de nouveaux catalyseurs nécessaires aux technologies énergétiques alternatives et à d'autres applications biotechnologiques."
Les résultats des recherches de Ray et de son équipe sont d'une grande importance tant pour la recherche que pour l'application, car la réaction catalysée par la galactose oxydase (oxydation d'un alcool primaire en aldéhyde correspondant) est l'une des réactions chimiques les plus importantes et les plus largement utilisées dans les organismes organiques. synthèse.
Les résultats pourraient également être utilisés dans l’industrie pour convertir le méthane, un gaz nocif pour le climat, en méthanol liquide. Contrairement au méthane, qui est un gaz volatil et donc difficile à manipuler, le méthanol est facile à transporter et peut être utilisé comme carburant de synthèse. Actuellement, il faut beaucoup d’énergie pour convertir le méthane en méthanol. La réaction chimique a lieu uniquement à des températures élevées (> 500 degrés Celsius) et sous haute pression. Les catalyseurs biomimétiques pourraient réduire considérablement cet apport énergétique.
"Dans ce projet, c'était passionnant de constater la ressemblance structurelle et fonctionnelle inattendue de notre système synthétique avec des enzymes naturelles", explique Dustin Kass, titulaire d'un doctorat. étudiant du groupe de recherche de Kallol Ray et auteur principal de cette étude.
Plus d'informations : Dustin Kass et al, Piégeage d'un radical phénoxyle dans un centre de fer (II) non héminique à haut spin, Nature Chemistry (2024). DOI :10.1038/s41557-023-01405-9
Fourni par l'Université Humboldt de Berlin
