Publié le 23 juillet 2019
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Aerobic Baeyer–Villiger Oxidation Catalyzed by a Flavin‐Containing Enzyme Mimic in Water

Pendant le congrès 2019 de l'Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC), qui s’est déroulé du 7 au 12 juillet à Paris, Frédéric Avenier, chercheur à l’Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (ICMMO – CNRS/Université Paris-Sud), a montré une partie de ses travaux de recherche sur le développement d’enzymes artificielles pour réaliser de nouvelles réactions chimiques catalysées en solution aqueuse.

Les flavoenzymes sont des biocatalyseurs ubiquitaires : présentes dans toutes les cellules, elles sont des intermédiaires indispensables aux voies métaboliques (dégradation ou transformation des composants dans les cellules). Leur particularité est qu’elles possèdent la même sous-unité, un cofacteur qui est un dérivé de la flavine. Toutefois, en fonction des protéines, ce cofacteur présente des rôles différents : il peut soit activer le dioxygène pour réaliser des oxydations ou bien être un partenaire pour le transport et le don d’électron.

Transposer les réactions chimiques réalisées par des enzymes au laboratoire est un défi de taille : le plus souvent uniquement solubles dans l’eau, les enzymes disposent de sites actifs dont la tridimensionnalité constitue la clé des réactions. S’inspirer de la Nature demeure toutefois possible.

C’est ce qu’a fait l’équipe de Frédéric Avenier, de l’Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (ICMMO). En partant d’un cofacteur à base de flavine et d’un polymère hydrosoluble, les chercheurs ont créé un microenvironnement localement hydrophobe pour accueillir les substrats des réactions chimiques. À partir de cette enzyme artificielle et en présence d’autres partenaires de réactions, ils ont recréé les conditions nécessaires à une réactivité identique à celle de l’enzyme naturelle. Leur but : réaliser des réactions d’oxydoréduction en utilisant le dioxygène de l’air tout en travaillant dans l’eau.

Là où l’enzyme se limitait aux substrats présents dans la cellule, l’enzyme artificielle comprend un spectre de réactivité beaucoup plus large : elle fait réagir des réactifs très hydrophobes ou peu compatibles avec le vivant.

Par ces travaux, l’équipe de l’ICMMO montre qu’il est possible d’imiter la Nature tout en respectant l’environnement. Les chercheurs poursuivent leur projet afin d’améliorer des rendements déjà très encourageants, avec un objectif de développement à l’échelle industrielle.

 

Aerobic Baeyer-Villiger Oxidation Catalyzed by a Flavin-Containing Enzyme Mimic in Water. Y. Chevalier, Y. Lock Toy Ki,  D. le Nouen,  J.-P. Mahy,  J.-P. Goddard, F. Avenier. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 16412-16415

Bio-inspired electron-delivering system for reductive activation of dioxygen at metal centres towards artificial flavoenzymesY.Roux, R. Ricoux, F. Avenier, J.-P. Mahy. Nature Commun. 2015, 6, 8509.