Une enzyme nouvellement conçue accélère une réaction organique lente
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, des scientifiques partiellement soutenus par le projet enzC-Hem, financé par l’UE, 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 est appelée 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 blocs de construction utiles pour d’autres synthèses. Toutefois, elle nécessite des charges catalytiques élevées et présente des temps de réaction longs avec les catalyseurs existants (normalement des catalyseurs à petites molécules tels que le DABCO et la DMAP), plusieurs jours étant nécessaires pour obtenir une quantité utile de produit. Par conséquent, malgré son utilité en synthèse organique, ces inconvénients empêchent son utilisation plus répandue. «Les catalyseurs classiques que l’on utilise pour cette réaction sont de petits nucléophiles», déclare le professeur Anthony Green, de l’université de Manchester (Royaume-Uni), hôte du projet enzC-Hem, dans un article publié sur «Chemistry World». «La beauté de la biologie, c’est que si vous pouvez concevoir une enzyme ou une protéine pour effectuer cette réaction, l’accélération du taux est significative par rapport à tout ce qui a été réalisé avec la chimie des petites molécules», poursuit Anthony Green, qui est l’auteur principal de l’étude publiée dans la revue «Nature Chemistry».
La voie vers un meilleur catalyseur
Dans le but de créer le premier biocatalyseur efficace et sélectif pour la réaction MBH, l’équipe de recherche a utilisé une enzyme: BH32, développée quelques années plus tôt par le Dr David Baker et son équipe à l’Université de Washington aux États-Unis. Comme le rapporte l’article, si David Baker, par ailleurs coauteur de l’étude actuelle, et son équipe ont réussi à concevoir des enzymes pour la réaction MBH, ces enzymes agissaient faiblement. Selon Anthony Green, «elles étaient catalytiquement compétentes, mais ne constituaient pas des biocatalyseurs viables». Pour créer la nouvelle enzyme, l’équipe de recherche dirigée par Anthony Green a soumis l’enzyme primitive BH32 à un processus appelé évolution dirigée. Outil d’ingénierie puissant permettant d’adapter les enzymes aux transformations souhaitées, l’évolution dirigée améliore les fonctions des protéines par des cycles répétés de mutation et de sélection. Après 14 cycles d’évolution, l’équipe de recherche a réussi à créer une enzyme appelée BH32.14 qui est nettement plus rapide et également énantiosélective. Les résultats ont montré que de faibles concentrations de BH32.14 ajoutées à la réaction MBH permettent d’obtenir des rendements bien supérieurs à ceux obtenus avec les catalyseurs à petites molécules actuels. En outre, la réaction ne prend que quelques heures, et non plusieurs jours. L’enzyme nouvellement conçue «est l’une des enzymes conçues les plus complexes appliquées à la chimie organique à ce jour», indique l’article. Le travail soutenu par enzC-Hem (Creating Versatile Metallo-Enzyme Environments for Selective C-H Activation Chemistry: Lignocellulose Deconstruction and Beyond) montre que la combinaison de la conception par ordinateur et de l’évolution dirigée pourrait conduire à de nouveaux biocatalyseurs pour d’importantes transformations chimiques absentes de la nature. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet enzC-Hem
Mots‑clés
enzC-Hem, catalyseur, biocatalyseur, enzyme, réaction de Morita–Baylis–Hillman, réaction MBH, réaction organique, BH32.14
