Hydrogénase

Définition

Une hydrogénase est une enzyme qui catalyse la réduction de deux protons en dihydrogène moléculaire, l'oxydation réversible de l'hydrogène moléculaire. La déshydrogénase est une enzyme qui catalyse l'oxydation hydrogène moléculaire réversible (H₂). Les hydrogénases jouent un rôle essentiel dans le métabolisme anaérobie.

Au niveau moléculaire, les séquences de gènes impliquées dans la production d'hydrogénase chez différentes espèces varient énormément.

Principe d'une hydrogénase :

Une hydrogénase est une enzyme qui catalyse la réduction d'une substance particulière par l'hydrogène.

Explications

L'apport d'hydrogène (oxydation de H₂) est associé à la réduction des accepteurs d'électrons tels que l'oxygène, le nitrate, le sulfate, le dioxyde de carbone et le fumarate, tandis que la réduction des protons (évolution de H₂). Il est essentiel à la fermentation du pyruvate et à l'élimination des excès d'électrons. Si les composés de faible poids moléculaire comme les ferrédoxines, le cytochrome c₃ et le cytochrome c₆ peuvent agir en tant que donneurs d'électrons physiologiques (D) ou accepteurs (A) pour les hydrogénases.

✅ Cette réaction joue un rôle important dans la fixation de l'azote et dans la méthanogenèse de la biomasse en méthane. Les microorganismes anaérobies (archées / bactéries) et quelques microorganismes aérobies (bactéries, certaines algues) contiennent des enzymes hydrogénase. Les méthanogènes consommateurs d'hydrogène vivent de manière syntrophique (qui vit sur un autre corps vivant, sans en tirer sa nourriture) associée à des bactéries formant de l'hydrogène. On estime qu'environ 150 millions de tonnes d'hydrogène sont produites par des micro-organismes chaque année.

Les hydrogénases ont été découvertes pour la première fois en 1931 (par les deux chercheurs Marjory Stephenson et Leonard Hubert Stickland) et ont depuis intéressé de nombreux chercheurs, y compris des chimistes inorganiques qui ont synthétisé des mimiques d'hydrogénases. Comprendre le mécanisme catalytique des hydrogénases pourrait aider les scientifiques à concevoir des sources d'énergie propres, telles que les algues, qui produisent de l'oxygène. Par exemple, elles peuvent servir à améliorer les bioréacteurs à hydrogène.

Par exemple, dans un système de production d'hydrogène à interface de biofilm alimenté par le soleil, les hydrogénases exploitées dans E. coli modifiées sont conçues pour catalyser efficacement la réduction des protons lors de la réception d'électrons initialement donnés par des nanomatériaux semi-conducteurs. Le transport des électrons des semi-conducteurs à l'hydrogénase pourrait être ponté et facilité par l'utilisation de médiateurs, le méthyl viologène. Pour obtenir des activités enzymatiques efficaces, les codons sont optimisés pour construire l'ensemble des groupes de gènes d'hydrogénase (de Clostridium acetobutylicum) en tirant parti du système multi-expression.

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