Plus fort que la nature : des radicaux optimisés comme nouveaux catalyseurs potentiels
Une équipe de chercheurs conçoit des radicaux phénoxyles dotés d'une meilleure capacité d'oxydation en laboratoire
La nature utilise des enzymes pour divers processus métaboliques. Ces catalyseurs biologiques sont extrêmement efficaces. Les catalyseurs biomimétiques basés sur des matières premières peu coûteuses provenant du laboratoire, capables de reproduire l'efficacité des enzymes naturelles et de fonctionner dans des conditions ambiantes, présentent donc un grand intérêt pour la recherche et l'industrie.
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Dans le cadre d'un projet dirigé par l'Institut de chimie de la Humboldt-Universität zu Berlin (HU), les chercheurs ont étudié un groupe particulier de catalyseurs biologiques connus sous le nom d'oxydases. Ces enzymes catalysent diverses réactions d'oxydation, dans lesquelles des électrons sont libérés d'une substance et absorbés par une autre. De petites particules très réactives, appelées radicaux, jouent souvent un rôle important dans ces processus.
Capacité d'oxydation améliorée par la liaison au fer
L'enzyme qui nous intéresse ici est la galactose oxydase que l'on trouve dans de nombreux types de champignons, où un radical phénoxyle est utilisé comme oxydant. L'équipe dirigée par Kallol Ray, chercheur au HU, a trouvé un moyen d'utiliser le radical phénoxyle en laboratoire de manière à augmenter considérablement la capacité d'oxydation. Dans l'enzyme naturelle, le radical phénoxyle est stabilisé par un atome de soufre, ce qui limite sa capacité d'oxydation. Les chercheurs ont maintenant amélioré la capacité d'oxydation en attachant un radical phénoxyle non modifié au fer et ont caractérisé chimiquement ce radical fer-phénoxyle pour la première fois. L'équipe de Ray a collaboré avec des collègues de l'université technique de Berlin et de l'université du Michigan (États-Unis) sur ce projet.
Première description du radical fer-phénoxyle - important pour la recherche et l'industrie
"Nous espérons que notre travail sera le point de départ d'efforts plus ciblés visant à utiliser l'interaction entre le fer et le radical phénoxyle pour diverses réactions biochimiques", déclare Kallol Ray. "Cela peut contribuer au développement de nouveaux catalyseurs nécessaires aux technologies énergétiques alternatives et à d'autres applications biotechnologiques.
Les résultats des travaux de Ray et de son équipe sont d'une grande importance tant pour la recherche que pour les applications, car la réaction catalysée par la galactose oxydase (oxydation d'un alcool primaire en aldéhyde correspondant) est l'une des réactions chimiques les plus importantes et les plus largement utilisées dans la synthèse organique. Ces résultats pourraient également être utilisés dans l'industrie pour convertir le méthane, un gaz nocif pour le climat, en méthanol liquide. Contrairement au méthane, qui est un gaz volatil et donc difficile à manipuler, le méthanol est facile à transporter et peut être utilisé comme carburant synthétique. Actuellement, il faut beaucoup d'énergie pour convertir le méthane en méthanol. La réaction chimique ne se produit qu'à des températures élevées (> 500 degrés Celsius) et sous haute pression. Les catalyseurs biomimétiques pourraient réduire considérablement cette consommation d'énergie.
"Dans ce projet, il était passionnant de constater la ressemblance structurelle et fonctionnelle inattendue de notre système synthétique avec les enzymes naturelles", déclare Dustin Kass, doctorant dans le groupe de recherche de Kallol Ray et auteur principal de cette étude, qui a récemment été publiée dans la revue Nature Chemistry.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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