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Des relations entre enzymes hôte-invité positives

Des scientifiques ont développé de nouveaux hôtes supramoléculaires pour de petits invités moléculaires qui imitent les enzymes exploitables au plan industriel. La structure hôte semble modifier les propriétés de l'invité de manière réglable, ce qui laisse entrevoir des possibilités très prometteuses en termes de contrôle de l'activité catalytique.
Des relations entre enzymes hôte-invité positives
La catalyse, le processus par lequel des intermédiaires chimiques (les catalyseurs) font augmenter la vitesse et par conséquent le rendement dans le temps d'une réaction, joue un rôle très important dans l'industrie. Les enzymes sont les catalyseurs de la nature et les hydrogénases forment une catégorie importante de ces composés.

Les hydrogénases sont des métalloenzymes, des protéines enzymatiques avec des ions de métaux étroitement liés essentiels à leurs fonctions. La protéine qui entoure le site métallique (actif) peut avoir un impact sur la fonction catalytique de manière directe et indirecte. Les effets directs sont dus à une liaison covalente au métal lui-même, formant la première sphère de coordination. Les effets indirects sont dus à la liaison non-covalente (par exemple hydrogène) aux molécules (ligands) autour du métal, formant la seconde sphère de coordination.

Les supports supramoléculaires peuvent reproduire un certain nombre d'effets de seconde sphère de coordination. Les chercheurs ont développé des supports supramoléculaires pour des modèles moléculaires d'hydrogénases FeFe grâce au financement de l'UE du projet CATAMERS («Catalytic foldamers: Engineering a second coordination sphere around a hydrogenase mimic»). Des foldamères, des chaînes moléculaires ou oligomères avec des structures hautement stables et prévisibles, ont été utilisés comme hôtes pour des imitations d'hydrogénases FeFe contenant un complexe de difer pour réaliser une seconde sphère de coordination bien définie et réglable.

Des développements importants ont été nécessaires pour synthétiser les deux nouvelles unités monomères à partir desquelles les foldamères ont été produits, l'un pour attacher le complexe de difer et l'autre pour héberger le catalyseur. Ce travail a abouti non seulement à la réalisation des oligomères, mais il a également permis l'introduction d'une grande variété de groupes fonctionnels, ouvrant la voie à une plus grande diversification des foldamères à l'avenir. De manière intéressante, il n'y avait pas de preuve de liaison hydrogène entre le complexe de difer et la matrice de foldamères. Le complexe avait la liberté de tourner, avec une rotation suffisamment rapide pour équilibrer chaque site de fer sans distorsions significatives de la symétrie du complexe.

Malgré ce qui paraît être un contrôle minimal de l'échafaudage de foldamères, la conception a un impact sur les propriétés électrochimiques du complexe de difer lorsque la seconde sphère de coordination est construite autour de lui. Une telle activité offre la promesse d'un fort potentiel en matière de réglage fin de la réactivité des complexes métalliques. Les déshydrogénases sont utilisées dans des réactions industrielles importantes liées à des applications énergétiques telles que la production d'hydrogène et l'oxydation du méthane, et le projet CATAMERS a ouvert la voie au développement d'imitations synthétiques présentant une plus grande efficacité à moindre coût.

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