Les Scientifiques Développent Une Méthode Efficace Pour Créer Des Nouvelles Enzymes Dans La Nature

L’ingénierie d’enzymes pour exécuter des réactions introuvables dans la nature peut relever des défis de longue date dans la chimie synthétique, comme la transformation d’huiles végétales en produits biochimiques utiles.

Une équipe de scientifiques a développé une stratégie simple, en plus efficace pour développer de nouvelles enzymes avec une nouvelle réactivité qui peuvent générer des composés chimiques bénéfiques. Par conséquent, améliorer leur travail précédent en utilisant la lumière pour réutiliser les enzymes naturelles.

Recherche révolutionnaire sur les enzymes

L’étude, publiée dans Nature Catalysis, a été dirigée par Xiaoqiang Huang, un ancien chercheur postdoctoral au Département de Génie Chimique et Biomoléculaire (ChBE) de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, et le Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation (CABBI), Departement Américain Pour Recherche Bioénergétique Financée par l’Energie. Huang, actuellement professeur adjoint à l’Université de Nanjing en Chine, a exécuté cette opération dans le laboratoire du professeur ChBE Huimin Zhao, responsable du thème de conversion du CABBI, et affilié à l’Institut Carl R. Woese de Biologie Génomique (IGB).

Dans cette recherche, la lumière visible a été utilisée pour exciter une enzyme cétoréductase modifiée. Cela a permis une réaction biocatalytique nouvelle dans la nature appelée addition conjuguée radicalaire asymétrique. Cette réaction est extrêmement difficile à réaliser par catalyse chimique.

Les catalyseurs sont des substances utilisées pour accélérer les réactions chimiques. Dans les organismes vivants, des molécules de protéines appelées enzymes catalysent des réactions dans un processus appelé biocatalyse. Les chercheurs ont commencé à utiliser la biocatalyse pour synthétiser des substances essentielles, car sa haute sélectivité leur permet de déployer des enzymes pour agir sur des substrats spécifiques, et produire des produits cibles. Un autre avantage est que les réactions enzymatiques sont très tenables. Ils sont relativement peu coûteux, ingèrent des niveaux d’énergie réduits et causent des dommages mineurs à l’environnement, contrairement aux catalyseurs chimiques, qui nécessitent généralement des solvants organiques, de la chaleur et une pression élevée pour fonctionner.

Pourtant, les enzymes sont complexes à travailler. Ils se limitent généralement à catalyser les réactions rencontrées dans la nature, ce qui signifie que les chercheurs se battent fréquemment pour localiser l’excellent biocatalyseur pour répondre à leurs besoins. Le laboratoire de Zhao s’est concentré sur le pilotage de la biocatalyse avec la lumière visible, une technique appelée “photobiocatalyse”, pour créer une nouvelle réactivité enzymatique. Dans des recherches antérieures, Zhao et Huang ont créé une réaction induite par la lumière visible en utilisant une enzyme appelée ène-réductase (SALE D’ÉMERGENCE), comme biocatalyseur pour générer des rendements élevés de précieuses substances carbonyle chirales, qui ont des applications potentielles pour la production de produits chimiques de grande valeur. .

A l’intérieur des molécules

La nouvelle recherche améliore ce travail, en utilisant la photobiocatalyse sur une famille d’enzymes divergentes – les cétoréductases dépendantes des nicotamides produites par les bactéries – et un mécanisme chimique différent pour produire un autre type de substance carbonyle chirale appelée esters α-chiraux. Atravers l’illumination et à l’évolution de la kétoréductase, l’équipe a réalisé une addition de conjugué radicalaire biocatalytique énantiosélective de type Giese pour transformer les acides gras en esters α-chiraux, a affirmé Zhao.

L’énantiosélectivité est le degré auquel un énantiomère – l’un d’une paire de composés qui sont des images miroir l’un de l’autre – est préférentiellement produit dans une réaction chimique. La chiralité est une caractéristique fondamentale des substances organiques, qui influence considérablement les propriétés des molécules, et ses effets sont énormes dans de nombreux camps impliquant la biologie, la médecine et la science des matériaux. À titre d’exemple, la stéréochimie diversifiée des molécules organiques (l’arrangement spatial des atomes et leur effet sur les réactions chimiques) améliore non seulement considérablement la magnificence du monde biologique, mais joue également une fonction profonde dans de nombreuses activités biologiques telles que la communication moléculaire, a-t-il déclaré. .

Les applications des découvertes

Les découvertes fournissent des applications pratiques au travail de CABBI pour créer des biocarburants et des produits biochimiques à partir de cultures comme le miscanthus, le sorgho et la canne énergétique au lieu du pétrole. La nouvelle transformation biocatalytique pourrait utiliser les acides gras que CABBI génère à partir de ces plantes comme matières premières pour synthétiser des bioproduits à valeur ajoutée – tels que des ingrédients pour des savons ou des articles de soin de la peau – de manière écologique souple.

“Bien que nous n’ayons pas ciblé un produit spécifique pour une application ultérieure, ce travail donne une nouvelle méthode pratique qui peut être fortement mise sur la valorisation des graisses”, a déclaré Zhao. ‘‘Les enzymes sont les bêtes de somme de la synthèse organique des carburants et des produits chimiques issus de la biomasse renouvelable’’.

“L’un des ajustements scientifiques importants dans la recherche sur la conversion du CABBI, ou la recherche sur la bioénergie en général, est l’absence d’enzymes connues avec la tâche souhaitée, et l’unicité du substrat pour la synthèse de carburants et de produits chimiques cibles. Pour cette raison, il existe un besoin émergent de développer de nouvelles techniques pour découvrir ou concevoir des enzymes avec la fonction ou la réactivité souhaitée.

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Lire l’article original sur PHYS.

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