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Combiner cinétique électrochimique, mutagenèse dirigée et chimie théoriques pour comprendre des mécanismes enzymatiques complexes

par Webmaster - publié le

Les hydrogénases de type "Fer-Fer" sont des métalloenzymes bactériennes qui catalysent l’oxydation et la production du dihydrogène au niveau d’un site actif inorganique complexe appelé le "cluster H", constitué d’un agrégat [Fe2(CO)3(CN)2(dithiomethylamine)] lié par le soufre d’une cystéine à un centre [Fe4S4]. Elles sont étudiées dans des contextes variés liés à la catalyse, la bioénergétique et la production de "solarfuels".

La caractérisation du mécanisme de ces systèmes biologiques de grande taille est ardue parce qu’il est souvent difficile de piéger, d’accumuler et de caractériser des intermédiaires réactionnels. Une équipe du laboratoire de Bioénergétique et ingénierie des Protéines à Marseille les étudie en combinant des mesures cinétiques par électrochimie, une approche de type mutagenèse dirigée, et des calculs de chimie théorique par des méthodes variées (MD et DFT) qui permettent de caractériser des étapes de nature très différentes. Dans un article publié cet été dans Nature Chemistry, ils ont montré que cette combinaison de compétences permettait d’élucider chacune des étapes de la réaction d’inhibition de l’hydrogénase par l’oxygène, depuis la diffusion de cette petite molécule à l’intérieur de l’enzyme, jusqu’à sa réaction au niveau du cluster H. La précision atteinte par les calculs de dynamique et de réactivité permet d’obtenir un accord quantitatif ou semi-quantitatif entre les résultats de cinétique et la modélisation, et l’étude expérimentale des effets de la mutation de certains acides aminés a démontré le caractère prédictif de la modélisation.

Adam Kubas, Christophe Orain, David De Sancho, Laure Saujet, Matteo Sensi, Mr. Charles Gauquelin, Isabelle Meynial-Salles, Philippe Soucaille, Herve Bottin, Carole Baffert, Vincent Fourmond, Robert Best, Jochen Blumberger, Christophe Léger, “Mechanism of O2 diffusion and reduction in FeFe hydrogenase”, Nature Chemistry, 22 août (2016). doi:10.1038/nchem.2592 En lecture libre ici : http://rdcu.be/jSMZ

Contact : christophe.leger@imm.cnrs.fr

En savoir plus : http://bip.cnrs-mrs.fr/bip06