Une nouvelle étude révèle une découverte importante dans le domaine des nanomachines au sein des systèmes vivants. Le professeur Sason Shaik de l'Université hébraïque de Jérusalem et le Dr Kshatresh Dutta Dubey de l'Université Shiv Nadar ont mené des simulations de dynamique moléculaire des enzymes des cytochromes P450 (CYP450), révélant que ces enzymes présentent des propriétés robotiques douces uniques.

Les cytochromes P450 (CYP450) sont des enzymes présentes dans les organismes vivants et jouent un rôle crucial dans divers processus biologiques, notamment dans le métabolisme des médicaments et des xénobiotiques. Les simulations des chercheurs ont démontré que les CYP450 possèdent une quatrième dimension :la capacité de détecter et de répondre aux stimuli, ce qui en fait des nanomachines de robots mous dans les « matières vivantes ».

Dans le cycle catalytique de ces enzymes, une molécule appelée substrat se lie à l’enzyme. Cela conduit à un processus appelé oxydation. La structure de l'enzyme possède un espace confiné qui lui permet d'agir comme un capteur et un robot logiciel.

Il interagit avec le substrat par le biais d'interactions faibles, comme des impacts doux. Ces interactions transfèrent de l’énergie, provoquant le déplacement de parties de l’enzyme et des molécules qu’elle contient. Ce mouvement génère finalement une substance spéciale appelée espèce oxoiron, qui permet à l'enzyme d'oxyder une variété de substances différentes.

Le principal point à retenir de ces simulations de dynamique moléculaire est que le cycle catalytique des CYP450 est complexe mais suit une séquence logique. L'espace restreint de l'enzyme, les emplacements stratégiques des résidus et les canaux lui permettent d'être un capteur sensible du substrat, de ses propres changements d'hème et des changements de conformation dans le site actif. Cette capacité de détection-réponse crée un robot logiciel doté d'une quatrième dimension de détection, quelque chose d'inédit dans la matière 3D ordinaire.

"Nous avons découvert que les CYP450 agissent comme des robots mous dans les "matières vivantes", affichant une remarquable capacité de détection et de réponse-action. Il s'agit d'une révélation passionnante, et nous pensons que des mécanismes mécano-transduction similaires de signaux d'impact doux pourraient être à l'œuvre dans d'autres machines-robots mous dans la nature", a déclaré le professeur Sason Shaik, l'un des principaux chercheurs.

Les résultats ouvrent de nouvelles voies dans la recherche en robotique douce, à mesure que les matériaux 4D gagnent en importance, sous l’effet de déclencheurs externes. Ces matériaux, tels que les hydrogels produits par impression 3D, ressemblent à des enzymes dans leur capacité à détecter et à induire des changements. Les implications de cette découverte s'étendent au-delà du domaine de la biologie et de la chimie, révolutionnant potentiellement des domaines tels que la conception de l'intelligence artificielle et la synthèse de polymères/gels auto-évolutifs.

Le Dr Kshatresh Dutta Dubey, co-chercheur de l'étude, a ajouté :« Nous entrons dans une ère passionnante pour la chimie, où la robotique douce et la conception intelligente des nanomachines peuvent conduire à des progrès sans précédent. des polymères et des nanomachines perpétuelles capables de synthétiser de nouvelles molécules à volonté."

Les scientifiques pensent que l'intégration du langage de la robotique douce et de la programmation machine pourrait accélérer les progrès dans le développement de matériaux 4D et libérer tout le potentiel de la robotique douce.

L'article est publié dans la revue Trends in Chemistry. .

Plus d'informations : Sason Shaik et al, Les nanomachines dans le vivant :le cytochrome P450 du robot mou, Tendances en chimie (2023). DOI :10.1016/j.trechm.2023.07.002

Informations sur le journal : Tendances en chimie

Fourni par l'Université hébraïque de Jérusalem