Résumé
Il y a maintenant plus de soixante ans, des scientifiques ont identifié des microorganismes capables d’oxyder des alcanes et d’autres hydrocarbures, dont le méthane[1]. Depuis, nombre de ces microorganismes ont été découverts[2] et les différentes métalloenzymes (qui sont responsables de l’activation de ces liaisons C-H) présentes chez ces microorganismes ont été amplement étudiées[3]. Ces enzymes ont la capacité de réaliser des réactions d’oxydation par activation réductrice du dioxygène ou de la S-Adénosylméthionine (SAM) dans des conditions très douces (pressions atmosphériques, température ambiante, en milieu aqueux), grâce à la présence d’un centre métallique dans leur site actif. En revanche, des ombres planent encore sur leur mécanisme de fonctionnement, mais le développement de méthodes de spectroscopie de plus en plus avancées (Raman, Mössbauer, RPE, dichroïsme circulaire magnétique, cristallographie des protéines) nous permet d’apporter progressivement des réponses aux questions qui sont restées en suspens.
Dans le cadre de ce cycle de séminaires, le contenu de ma présentation a concerné l’activation catalytique des liaisons C-H par des métalloenzymes à Fer. Il s’agit d’un thème central en chimie bio-inorganique et deux grandes familles d’enzymes ont été abordées. Les enzymes appartenant à la famille des Radical-SAM dont l’espèce active est produite par la réduction monoélectronique de la S-Adénosylméthionine catalysée par un centre [4Fe-4S]. Les enzymes appartenant à la famille des protéines contenant un centre binucléaire de fer non héminique dont l’espèce oxydante provient de l’activation réductrice de l’oxygène par le centre métallique. Pour les deux familles d’enzyme un focus a été mis sur les enzymes catalysant des réactions sur des substrats de type tRNA ou protéine [4, 7].
Références
[1] Higgins I.J., Best D.J., Hammond R.C. et Scott D., « Methane-oxidizing microorganisms ». Microbiological Reviews, vol. 45, 1981, p. 556-590, https://doi.org/10.1128%2Fmr.45.4.556-590.1981.
[2] Kelly D.P., Anthony C. et Murrell J.C., « Insights into the obligate methanotroph Methylococcus capsulatus », Trends in Microbiology, vol. 13, no 5, 2005, p. 195-198, http://dx.doi.org/10.1016/j.tim.2005.03.003.
[3] Merkx M., Kopp D.A., Sazinsky M.H., Blazyk J.L., Müller J. et Lippard S.J., « Dioxygen activation and methane hydroxylation by soluble methane monooxygenase: A tale of two irons and three proteins », Angewandte Chemie International Edition, vol. 40, no 15, 2001, p. 2782-2807, https://doi.org/10.1002/1521-3773(20010803)40:15%3C2782::AID-ANIE2782%3E3.0.CO;2-P.
[4] Atta M., Mulliez E., Arragain S., Forouhar F., Hunt J.F. et Fontecave M., « S-adenosylmethionine-dependent radical-based modification of biological macromolecules », Current Opinion in Structural Biology, vol. 20, no 6, 2010, p. 684-692, https://doi.org/10.1016/j.sbi.2010.09.009.
[5] Fontecave M., Atta M. et Mulliez E., « S-adenosylmethionine: nothing goes to waste », Trends in Biochemical Sciences, vol. 29, no 5, 2004, p. 243-249, https://doi.org/10.1016/j.tibs.2004.03.007.
[6] Mathevon C., Pierrel F., Oddou J.-L., Garcia-Serres R., Blondin G., Latour J.-M., Ménage S., Gambarelli S., Fontecave M. et Atta M., « tRNA-modifying MiaE protein from Salmonella typhimurium is a nonheme diiron monooxygenase », Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 104, no 33, 2007, p. 13295-13300, https://doi.org/10.1073/pnas.0704338104.
[7] Atta M., Arragain S., Fontecave M., Mulliez E., Hunt J.F., Luff J.D. et Forouhar F., « The methylthiolation reaction mediated by the Radical-SAM enzymes », Biochimica et Biophysica Acta, vol. 1824, no 11, 2012, p. 1223-1230, https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2011.11.007.
