Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord et de l’Université du Texas à Austin ont défini la structure d’une enzyme 2-oxoglutarate de fer (Fe/2OG) liée au substrat pour déterminer si ces enzymes pourraient être utilisées pour créer un large éventail de molécules. Ils ont sondé le site actif de l’enzyme pour déterminer sa capacité à se lier à différents substrats. De plus, plutôt que l’ajout d’oxygène, ils ont constaté que les enzymes Fe/2OG utilisent probablement des cations – des espèces hautement réactives – pour entraîner la désaturation pendant la catalyse. L’ouvrage, publié en Communication Naturepourrait conduire à l’utilisation d’enzymes Fe/2OG dans la fabrication d’un large éventail de molécules de valeur.
Les enzymes de la famille Fe/2OG sont d’origine naturelle – on les trouve dans tout, des bactéries aux plantes et aux animaux. En tant que telles, ces enzymes ont le potentiel d’être utilisées comme une plate-forme plus verte et plus efficace pour créer des molécules telles que les isonitriles vinyliques, qui ont des propriétés antibiotiques. Cependant, les voies par lesquelles les enzymes Fe/2OG créent ces molécules sont mal comprises.
« La fin du jeu est de comprendre comment les enzymes de cette famille créent des molécules particulières, afin que nous puissions potentiellement nous greffer sur un processus naturel que la chimie actuelle ne peut pas reproduire », explique Wei-chen Chang, professeur agrégé de chimie à la North Carolina State University and co. -auteur correspondant d’un article décrivant le travail. « Nous avons donc examiné quelques enzymes différentes de la famille Fe/2OG pour voir comment elles effectuaient différentes transformations en utilisant le même substrat ou la même molécule à laquelle elles se lient. »
En se concentrant sur la manière dont l’enzyme se lie à un substrat particulier, les chercheurs peuvent déterminer quels autres substrats pourraient être utilisés par l’enzyme, un moyen plus efficace de déterminer les réactions et les produits potentiels que l’expérimentation.
L’équipe de recherche s’est concentrée sur deux enzymes Fe/2OG – PvcB et PlsnB – et a comparé leurs structures et les produits qu’elles fabriquaient. Ils ont identifié des sites de liaison sur les deux enzymes, mais lorsqu’il s’est agi d’explorer comment l’enzyme effectuait ses transformations, ils ont fait une découverte surprenante.
« Normalement, la façon dont les enzymes Fe/2OG catalysent ou créent un nouveau produit se produit comme ceci : l’enzyme se lie au substrat, un seul atome d’oxygène de l’oxygène moléculaire (O2) est introduit dans le substrat et l’ajout d’oxygène entraîne la réaction, » dit Chang. « Ce processus s’appelle l’hydroxylation.
« Mais pour ces enzymes, la transformation ou la réaction n’est pas entraînée par l’hydroxylation, mais par un cation réactif qui déclenche les désaturations ultérieures, où de nouvelles liaisons sont introduites. »
Les deux enzymes Fe/2OG étudiées (PIsnB et PvcB) ont utilisé une désaturation fondamentalement distincte pour créer différents produits à partir du même substrat.
« Maintenant que nous savons comment ces enzymes catalysent les transformations et avons trouvé les sites de liaison, nous avons une base pour déterminer ce qu’elles peuvent faire en termes de réactions », a déclaré Chang. « Nous pouvons également recommander et prédire les meilleurs substrats à utiliser pour obtenir des produits ciblés. »
Wantae Kim et al, Élucidation des voies de désaturation divergentes dans la formation d’isonitrile de vinyle et d’isocyanoacrylate, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-32870-4