Comprendre comment ces bactéries dégradent le CO2 atmosphérique

Publié par Redbran le 24/01/2023 à 13:00
Source: CNRS INC
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Comment certaines bactéries transforment le CO2 atmosphérique en source de carbone reste encore mal compris. Dans le cadre d'une collaboration franco-portugaise, des scientifiques ont utilisé l'électrochimie pour élucider le mécanisme catalytique de réduction du CO2 par l'enzyme (Une enzyme est une molécule (protéine ou ARN dans le cas des ribozymes) permettant...) formate déshydrogénase, longtemps débattu. Résultats parus (Parus est un genre d'oiseaux de la famille des Paridae. Jusque vers la fin du 20ème...) dans la revue Angewandte Chemie Int. Ed.

La transformation biologique du CO2 atmosphérique en glucose (Le glucose est un aldohexose, principal représentant des oses (sucres). Par convention, il est...) se produit dans les plantes grâce à la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et...) qui est catalysée par l'enzyme Rubisco. D'autres processus bactériens non photosynthétiques savent aussi valoriser le CO2 et réduire cette molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) en source de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) directement utilisable par la cellule, comme le pyruvate, le monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule...) ou encore le formiate. Cette dernière réaction est catalysée par l'enzyme formiate déshydrogénase, et en particulier par son site actif à base de Molybdène/Tungstène. Mais les mécanismes de cette réduction restent encore peu compris.


Structure du site actif de la formiate déshydrogénase de D. vulgaris montrant une sphère de coordination du tungstène (Le tungstène est un élément chimique du tableau périodique de symbole W (de...) (bleu) complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou...) saturée, ce qui empêche la coordination directe du formiate.
© Vincent Fourmond

Des équipes du laboratoire Bioénergétique et ingénierie des protéines (BIP), du laboratoire de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) bactérienne (LCB, CNRS/Aix-Marseille Université) et de l'ITQB à Lisbonne ont utilisé une méthode cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) basée sur des mesures d'électrochimie et développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) au BIP pour mesurer l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) de l'enzyme formiate déshydrogénase et clarifier plusieurs questions liées à son mécanisme catalytique. La première concerne la molécule sur laquelle l'enzyme agit, et qu'on appelle substrat: s'agit-il du CO2 ou du bicarbonate, la forme la plus abondante du CO2 dans des conditions physiologiques ? La preuve que le substrat est bien le CO2 a été apportée par des expériences de mesures d'activité électrochimique résolues en temps réel en suivant l'équilibration lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) du rapport CO2/bicarbonate.

La seconde question concerne le cycle catalytique. L'analyse de la façon dont l'activité enzymatique dépend des différents paramètres expérimentaux (concentration en CO2, acidité et potentiel d'électrode) a permis de déterminer l'enchaînement des étapes du cycle catalytique et trancher parmi les hypothèses rencontrées dans la littérature. L'excellente résolution temporelle et le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) sur l'état de l'enzyme sont les principaux avantages de la mesure d'activité enzymatique par électrochimie utilisée ici. Ces résultats, à retrouver dans la revue Angewandte Chemie Int. Ed., apportent des éléments clefs dont la chimie pourrait s'inspirer pour valoriser le CO2 atmosphérique.

Références:

Formate dehydrogenases reduce CO2 rather than HCO3-: an electrochemical demonstration
Marta Meneghello, Ana Rita Oliveira, Aurore Jacq-Bailly, Inês A. C. Pereira, Christophe Léger & Vincent Fourmond, Angewandte Chemie Int. Ed. 2021
doi: 10.1002/anie.202101167 [Author version on HAL]

Electrochemical Kinetics Support a Second Coordination Sphere Mechanism in Metal-Based Formate Dehydrogenase
Marta Meneghello, Alexandre Uzel, Marianne Broc, Rita R. Manuel, Axel Magalon, Christophe Léger, Inês A. C.Pereira, Anne Walburger & Vincent Fourmond, Angewandte Chemie Int. Ed. 2022
10.1002/anie.202212224
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