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BIP_metalloenzymes_chimeriques

De nouvelles métalloenzymes chimériques

Echanger et réassembler les sous-unités qui composent les enzymes responsables de l'oxydation et de la production du dihydrogène pour déterminer ce qui caractérise leurs propriétés catalytiques, c’est le procédé que proposent des chercheurs du Laboratoire de bioénergétique et ingénierie des protéines - (CNRS/AMU). Leurs résultats, publiés dans le Journal of the American Chemical Society, permettront de fabriquer de nouveaux systèmes catalytiques particulièrement utiles.

Temps de lecture : 3 minutes

Ce qu'il faut retenir :

  • Les enzymes sont des protéines essentielles qui accélèrent les réactions chimiques nécessaires à la vie. Dans une même famille, les différentes enzymes homologues ont des propriétés de catalyse différentes.
  • Recombiner les différentes sous-unités qui composent les enzymes permet de créer des enzymes chimères (non-naturelles) qui révèlent les déterminants moléculaires des propriétés catalytiques.
  • Ces résultats ouvrent la voie à la fabrication de nouveaux systèmes catalytiques qui combineront les propriétés les plus désirables d’enzymes homologues.

Les enzymes, des protéines essentielles à la vie

La catalyse est le processus d’accélération d’une réaction chimique à l’aide d’une molécule ou d’un matériau appelée catalyseur. Les enzymes sont des protéines essentielles au monde vivant qui agissent en tant que catalyseur pour accélérer les réactions chimiques nécessaires à la vie. Elles sont regroupées en familles, définies par la structure de leur site actif*, lieu où se produit la réaction chimique. Chaque famille rassemble plusieurs enzymes dites "homologues", c’est-à-dire qu’elles ont une même structure de site actif, des séquences d'acides aminés similaires, mais des propriétés catalytiques différentes. Elles ont des capacités propres à catalyser les réactions chimiques dans l’un ou l’autre des deux directions de la réaction.

Cette variabilité fonctionnelle illustre également l'existence d'effets à longue distance, qui découlent des éléments structuraux qui sont éloignés des ions métalliques du site actif. Lorsqu'une enzyme est un complexe de plusieurs protéines, il peut même arriver que ses propriétés catalytiques soient influencées par d’autres sous-unités que celle qui contient le site actif.

Recombiner les sous-unités enzymatiques pour déterminer de nouvelles propriétés

Pour comprendre ces effets, les chercheurs marseillais ont pris comme exemple deux hydrogénases homologues dimériques, c’est-à-dire constituées de l’assemblage de deux sous-unités dont l’une contient le site catalytique et l’autre est dite « accessoire ». Ces deux enzymes catalysent l'oxydation du dihydrogène, mais l'une des deux seulement catalyse aussi la réaction inverse qui produit de l’hydrogène. Cette dernière est aussi sensible aux inhibiteurs (dioxygène et CO) qui peuvent interférer avec sa capacité propre à catalyser la réaction d’oxydation ou de production de l’hydrogène.

Pour déterminer laquelle des deux sous-unités est responsable de ces variations fonctionnelles, les chercheurs ont utilisé des méthodes d’ingénierie protéique pour produire une enzyme chimérique, autrement dit une enzyme dont l’assemblage n’existe pas à l’état naturel. Pour cela, ils ont échangé les différentes sous-unités en associant la sous-unité catalytique de l’une des deux enzymes à la sous-unité accessoire de l’autre enzyme. 

BIP_illustration_Laurent Eisler

Légende : illustration artistique de la méthode d’ingénierie protéique qui consiste à recombiner les sous-unités enzymatiques pour fabriquer une enzyme chimérique.

Crédits : Laurent Eisler
 

Cette stratégie d’altération des fonctions par recomposition des sous-unités enzymatiques permet de comprendre les propriétés catalytiques particulières des enzymes étudiées. Ces résultats remettent en question les dogmes concernant les déterminants moléculaires des propriétés catalytiques dans cette famille d'enzymes, et ouvrent la voie à la construction de nouveaux systèmes catalytiques, qui combineront les propriétés les plus désirables d'enzymes homologues distinctes, produits en recombinant les sous-unités qui déterminent ces propriétés.

Contact à ajouter
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Léger
Prénom
Christophe
Fonction
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Directeur de recherche CNRS au Laboratoire de bioénergétique et ingénierie des protéines (CNRS/AMU)