Du nouveau dans le monde de la catalyse enzymatique

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Loin de moi l’idée de faire un cours de chimie organique à mes lecteurs qui peuvent toujours lire l’article bien documenté de Wikipedia à propos de la réaction de Diels et Alder (voir le lien). Il s’agit de la condensation très spécifique entre un hydrocarbure di-insaturé conjugué et un autre hydrocarbure mono-insaturé. La découverte de ce mécanisme réactionnel en 1928 par les deux chimistes du même nom leur valut le prix Nobel bien des années plus tard – en 1950 – quand on se rendit compte qu’un tel mécanisme était non seulement effectif dans diverses synthèses chimiques mais également dans le monde vivant. Deux exemples parmi d’autres sont les synthèses du cholestérol et des prostaglandines qui mettent en jeu ce type de réaction chimique.

Comme dans des situations particulièrement favorables la réaction de Diels-Alder peut avoir lieu spontanément on n’avait jamais imaginé qu’il puisse exister un enzyme favorisant un tel mécanisme. Les biologistes, en particulier les enzymologistes, renoncèrent donc à tenter de caractériser une telle activité enzymatique et l’affaire fut classée. Dans les livres de biochimie chaque réaction de Diels-Alder ayant lieu dans une chaine métabolique est considérée comme spontanée et s’il y avait intervention d’un enzyme, jamais aucune attention particulière n’a été orientée vers la recherche et la caractérisation de cet enzyme hypothétique.

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C’est une véritable grande découverte qu’a fait une équipe de l’Université de Bristol dirigée par le Docteur Paul Race en caractérisant de manière non ambigüe un enzyme qui catalyse une réaction de Diels-Alder dans une bactérie récoltée dans les fonds marins profonds de l’Océan Pacifique et appelée Verrocusispora maris. L’enzyme appelé AbyU catalyse une vraie condensation type Diels-Alder pour produire une molécule antibiotique appelée abyssomicine C. Le gène de l’enzyme a été cloné et exprimé dans une autre bactérie, sa structure identifiée et la réaction a pu alors être modélisée à l’aide de logiciels faisant intervenir des calculs reposant sur la mécanique quantique. Ce travail remarquable a nécessité la collaboration de chimistes, de biologistes et de mathématiciens pour enfin démontrer que cette réaction est bien, du moins dans ce cas précis, favorisée par l’intervention d’un enzyme spécifique puisque la « vitesse », ou en d’autres termes l’efficacité de la réaction de condensation, est plus de 1000 fois plus rapide en présence de cet enzyme que celle attendue spontanément.

L’équipe de Bristol s’attache maintenant à utiliser ce catalyseur biologique très particulier pour produire « en douceur » des analogues de l’abyssomicine, une famille d’antibiotiques prometteurs. D’innombrables applications potentielles de cet enzyme sont d’ors et déjà imaginables. L’incroyable puissance du monde vivant nous réserve encore quelques surprises !

https://en.wikipedia.org/wiki/Diels%E2%80%93Alder_reaction

Source et illustrations : JACS, DOI : 10.1021/jacs.6b00232 aimablement communiqué par le Docteur Paul Race.

Note : l’abyssomicine interfère dans la synthèse de l’acide folique (vitamine B9) et provoque la mort des bactéries.

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