Métalloenzyme

Définition

Une métalloenzyme a une caractéristique commune, à savoir que l'ion métallique se lie à la protéine avec un site de coordination labile. Elle forme une métalloprotéine. Comme pour toutes les enzymes, la forme du site actif est cruciale. le métal est généralement dans une poche, dont la forme s'adapte au substrat.

Les métalloenzymes sont : l'anhydrase carbonique, les enzymes dépendant de la vitamine B12, la nitrogénase, le superoxyde dismutase et la chlorophylle.

Création d'une métalloenzyme artificielle :

Divers biocatalyseurs hybrides composés d'un catalyseur complexe métallique synthétique et d'un échafaudage protéique et des métalloenzymes artificielles ont été construites.

Explications

Les ions métalliques catalysent des réactions difficiles à réaliser en chimie organique. Un ion métallique lié à une enzyme et nécessaire à la catalyse est également un cofacteur. L'enzyme correspondante est appelée métalloenzyme.

✅ Les métalloprotéines catalytiquement actives sont appelées métalloenzymes. Elles jouent un rôle crucial dans les processus biologiques, qui comptent parmi les plus complexes et les plus importants de la nature. Celles-ci comprennent principalement la photosynthèse, la respiration, la réduction moléculaire de l'oxygène, l'oxydation de l'eau et la fixation de l'azote.

⭐ L'activation du dioxygène médiée par les métalloenzymes commence par la coordination de l'O2 à un centre métallique réduit conduisant à des intermédiaires métalliques peroxo, hydroperoxo, superoxo ou oxo.

Métalloenzymes artificielles

Les métalloenzymes artificielles résultent de l'incorporation d'une fraction organométallique dans une macromolécule. Les acides aminés non naturels aident à élargir le répertoire catalytique d'enzymes. La reprogrammation du code génétique des bactéries pour incorporer un acide aminé non naturel a permis à des scientifiques néerlandais de créer une nouvelle métalloenzyme capable de catalyser une réaction énantiosélective.

Les métalloenzymes combinent la flexibilité des catalyseurs métalliques avec la haute activité et la sélectivité des enzymes. Les métalloenzymes artificielles sont produites en insérant un complexe de métal de transition catalytiquement actif dans un échafaudage biomoléculaire, comme une protéine.

Métalloenzyme pour l'oxydation de l'eau

L'oxydation de l'eau se produit dans la nature au niveau du photosystème II, produisant des électrons et de l'oxygène. Récemment, les catalyseurs d'oxydation de l'eau ont attiré l'attention de la recherche en tant que technologie clé pour la production d'énergie renouvelable. Un catalyseur biologique d'oxydation de l'eau peut être préparé en remplaçant le cofacteur zinc naturel de l'enzyme anhydrase carbonique (CA) par de l'iridium. L'évolution de l'oxygène a été observée dans un processus d'oxydation de l'eau qui a été catalysé par ce CA substitué par l'Ir, en abrégé CA[Ir].

Des analyses thermodynamiques sur la liaison de l'Ir à la protéine apo-CA (la protéine sans cofacteur) ont été effectuées. Grâce à cela, il a été découvert que la coordination d'Ir avec l'apoprotéine de CA est thermodynamiquement préférée, ce qui implique que l'apoprotéine de CA est stabilisée par la liaison d'Ir.

Le CA[Ir] a montré une activité catalytique comparable à celle d'autres catalyseurs chimiques à base d'Ir. L'enzyme modifiée a une fréquence de renouvellement (TOF) de 39,8 min^-1 dans des conditions douces et neutres (30 °C, pH 7). Le caractère biologique du CA[Ir] pourrait être bénéfique pour le développement de futurs catalyseurs enzymatiques respectueux de l'environnement nécessitant une bonne biocompatibilité.

En rapport avec "métalloenzyme"

• apoenzyme

  

  Une apoenzyme est une partie protéique d'une enzyme, qui doit être activée par une coenzyme ou un cofacteur.

• coenzyme

  

  Une coenzyme est une petite molécule organique nécessaire pour qu'une enzyme remplisse sa fonction. Les coenzymes sont un certain type de cofacteurs...

• endoenzyme

  

  Une endoenzyme est une enzyme produite à l'intérieur de la cellule et qui est active dans son milieu intracellulaire.

• enzyme

  

  Une enzyme est un catalyseur biologique, presque toujours une protéine. Elle accélère le déroulement d'une réaction chimique spécifique dans la cellule.