Une nouvelle méthode synergique peut créer non

Nouvelle chimie, nouvelle enzymologie. Avec une nouvelle méthode qui fusionne le meilleur des deux mondes – les activités uniques et complémentaires des enzymes et de la photochimie des petites molécules – les chercheurs de l'UC Santa Barbara ont ouvert la porte à de nouvelles réactions catalytiques. Leur méthode synergique permet de créer de nouveaux produits et peut rationaliser les processus existants, en particulier la synthèse d’acides aminés non canoniques, importants à des fins thérapeutiques.

"Cette méthode résout ce qui, à mon avis, est l'un des problèmes les plus importants dans notre domaine : comment développer de nouvelles réactions catalytiques au sens général, nouvelles à la fois en biologie et en chimie", a déclaré le professeur de chimie Yang Yang, auteur d'un article. qui paraît dans la revue Science. De plus, le processus est stéréosélectif, ce qui signifie qu’il peut sélectionner une « forme » préférée de l’acide aminé résultant.

La méthode photobiocatalytique synergique consiste en deux réactions catalytiques concomitantes. La réaction photochimique génère une molécule intermédiaire de courte durée qui fonctionne avec l’intermédiaire réactif du processus enzymatique, aboutissant à l’acide aminé.

Le côté biocatalyse commence par une enzyme pour activer un substrat d’acides aminés naturel abondant et former un intermédiaire enzymatique. Pendant ce temps, du côté synthétique, un photocatalyseur à petites molécules est conçu pour absorber la lumière visible afin d’utiliser l’énergie pour activer un autre substrat. Cette réaction crée une espèce radicale de courte durée – une molécule transitoire et hautement réactive qui est l’outil de choix du Yang Lab.

Le problème avec les radicaux (également appelés « radicaux libres ») est que non seulement ils ont tendance à être de courte durée, mais ils sont également difficiles à maîtriser.

"Le consensus général est que si vous formez un radical dans la solution ou à l'extérieur de la poche protéique, il y aura tellement de choses qui pourraient lui arriver avant qu'il puisse faire quelque chose de productif, comme subir des réactions secondaires ou être détruit", a déclaré Yang. dit.

Mais l'atout du laboratoire est la molécule intermédiaire générée par la réaction enzymatique, qui peut capturer le radical en roue libre.

"Maintenant, l'étape la plus importante et la plus intéressante est qu'une fois que nous formons cette espèce de radical libre transitoire et de courte durée de vie, elle peut se déplacer vers le site actif de l'enzyme et réagir avec la molécule intermédiaire covalente activée et formée par voie enzymatique", a déclaré Yang. "Nous avons essentiellement conçu un système dans lequel le radical peut réagir efficacement avec l'intermédiaire formé par voie enzymatique et effectuer une chimie stéréosélective."

Les travaux de Yang Yang intègrent la chimie organique, la chimie organométallique, l'enzymologie, l'ingénierie des protéines, la bioinformatique et la modélisation informatique, abordant des problèmes difficiles dans le domaine largement défini de la chimie synthétique et de la catalyse.

C’est cette efficacité que recherche le Yang Lab dans sa tentative de créer une plate-forme de synthèse stéréosélective non canonique d’acides aminés (« non canonique » signifie simplement que ces éléments constitutifs des protéines ne se trouvent pas dans les gènes des organismes). D'une part, le processus est sélectif pour différentes « formes » ou arrangements d'atomes les uns par rapport aux autres au sein des molécules résultantes – un facteur important dans le monde de la stéréochimie (également connue sous le nom de chimie 3D). Deuxièmement, la méthode conventionnelle de synthèse d’acides aminés non canoniques est un processus complexe en plusieurs étapes.

« Notre processus raccourcit la synthèse non canonique des acides aminés de trois à cinq étapes. Pour les acides aminés dotés de plusieurs centres stéréogéniques, il n’existe pratiquement aucun moyen chimique pour préparer ces composés avec stéréocontrôle. » dit Yang. Pour les fabricants de thérapies peptidiques, cela pourrait changer la donne. Yang a reçu des demandes des industries pharmaceutique et biotechnologique concernant l'application potentielle de ces technologies à la synthèse des acides aminés.

Et cela ne s'arrête pas là. Cette méthode pourrait ouvrir de nouvelles portes en catalyse bio et synthétique, permettant aux chercheurs de travailler avec des radicaux délicats, d’accéder à des composés et molécules auparavant inaccessibles et de découvrir des réactions jusqu’alors inconnues.