Des enzymes bactériennes pour convertir le CO2 en source d'énergie

Publié par Adrien le 05/02/2015 à 00:00
Source: CEA

© A. Magalon
Des chercheurs du CEA (1), du CNRS et d'Aix-Marseille Université décrivent le mécanisme d'activation d'enzymes bactériennes qui transforment naturellement le CO2 en acide formique, composé à forte valeur énergétique.

La description du mécanisme d'activation (Activation peut faire référence à :) de ces enzymes, les formiate déshydrogénases (2) (FDHs), représente une avancée importante pour développer, à terme, des biotechnologies appliquées aux énergies renouvelables.

Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.

Les formiate déshydrogénases (FDHs) sont des enzymes qui transforment le CO2 en acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) formique (CH2O2) chez de nombreuses bactéries. Ce dernier est utilisé pour alimenter certaines piles à combustibles ou pour stocker de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.), ce qui fait de lui un composé d'un grand intérêt dans le domaine des énergies renouvelables.

La transformation du CO2 en acide formique requiert des enzymes FDHs sous forme active. Leur activation passe par la fixation d'un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...) de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...) (sulfuration) sur un composé, appelé cofacteur à molybdène (Le molybdène est un élément chimique, de symbole Mo et de numéro atomique 42.), qui s'intègrera ensuite dans le site actif des FDHs. Plus précisément, l'atome de soufre est conduit jusqu'au cofacteur par une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs...) chaperon (3), dont le mode d'action, déterminant pour activer les FDHs et donc transformer le CO2, était jusqu'alors inconnu.

Des chercheurs du CEA, du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) et d'Aix-Marseille Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) ont réussi à décrypter le mécanisme de "sulfuration" du cofacteur à molybdène chez la bactérie (Les bactéries (Bacteria) sont des organismes vivants unicellulaires procaryotes, caractérisées...) Escherichia coli (Escherichia coli, également appelé colibacille ou E. coli, est une bactérie...) grâce à une approche multidisciplinaire associant des techniques de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) structurale, de biochimie (La biochimie est la discipline scientifique qui étudie les réactions chimiques ayant lieu...) et de biologie moléculaire (La biologie moléculaire (parfois abrégée bio mol ou BM) est une discipline...). D'une part, ce cofacteur est une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) très fragile, de l'autre, le soufre inorganique est hautement réactif. Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...), il a été mis en évidence un mécanisme permettant de coupler le transfert protégé du soufre et la fixation du cofacteur à molybdène sur une même protéine chaperon. Selon le modèle décrit par les chercheurs, le soufre navigue à travers un tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de...) traversant le coeur de la protéine chaperon, tunnel qui relie d'un côté la protéine donneuse de soufre et de l'autre, le cofacteur à molybdène. Le cofacteur ainsi soufré peut s'intégrer dans le site actif des FDHs: ces enzymes sont dès lors capables de catalyser la transformation du CO2 en acide formique.


Sur cette figure, le soufre produit à partir de L-Cystéine navigue à travers un tunnel traversant la protéine chaperon pour atteindre le cofacteur à molybdène fixé de l'autre côté de la protéine. Une fois le cofacteur à molybdène soufré, celui-ci est disponible pour les FDHs et permet ainsi leur activité. © A. Magalon

Ces travaux permettent une meilleure compréhension d'une étape clé dans la production de FDHs sous forme active et offrent de belles perspectives dans le développement d'applications en biotechnologies dans le domaine des énergies renouvelables.

Rappel

Il existe actuellement plusieurs types de piles à combustibles. Certaines sont composées d'une membrane échangeuse de protons qui permet, à partir d'acide formique et d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...), de créer de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) en rejetant notamment de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) et du CO2. On parle de "direct formic acid fuel cell".

Grâce à la réduction du CO2 en acide formique via le rôle clé joué par les formiate déshydrogénases, il serait possible d'alimenter des piles à combustibles et ainsi favoriser l'utilisation d'énergies renouvelables.

Notes:

(1) Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de biologie environnementale et biotechnologie (L’OCDE définit la biotechnologie comme « l’application des principes...).

(2) Les formiate déshydrogénases sont un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) d'enzymes qui catalyse (La catalyse est l'action d'une substance appelée catalyseur sur une transformation chimique...) l'oxydation du formiate de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un...).

(3) Protéine dont le rôle est d'assister d'autres protéines pour favoriser leur maturation.
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