Projet ANR-08-JCJC-0107 – ERECA : Ingénierie vers de nouvelles metalloenzymes artificielles recyclables
Programme : Jeunes chercheuses et jeunes chercheurs (JCJC) 2008
Année de financement : 2008
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE PROVENCE CORSE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE PROVENCE CORSE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 171525.0 euros
Date de début : 2009
Durée : 36 mois
Résumé : La réaction d'oxydation aérobie sélective de composés organiques représente aujourd'hui un enjeu fondamental et appliqué dans le monde de la chimie moderne. Les hydrocarbures représentent une source de carbone et d'énergie considérable et des polluants dangereux. Fonctionnaliser ces composés reste aujourd'hui encore un enjeu crucial puisque de nombreux procédés industriels nécessitent d'être réévalués devant les contraintes de protections environnemental mais aussi en terme de coût. L'oxygène est un oxydant « peu coûteux » ne produisant aucun sous-produit dangereux pour l'environnement. Mais comment contrôler la sélectivité d'une réaction impliquant l'oxygène et un composé organique sans conduire à la combustion des produits de départ ? La réponse réside dans le développement de catalyseurs robustes capables de réaliser l'activation de l'oxygène moléculaire tout en réalisant des transformations oxydatives variées vis-à-vis d'une large gamme de substrats. Le but de notre projet est de proposer de nouveaux édifices moléculaires pour la catalyse d'oxydation (énantio)sélective de composés organiques, utilisant le dioxygène comme seule source d'oxydant. Dans cette optique, nous visons à réaliser un système à deux composantes qui associe le pouvoir oxydatif d'un complexe organometallique (complexe de palladium) à une enzyme co-oxydante représentée par une métallooxydase (une laccase ou une cuivre-oxidase). En couplant ces deux entités, nous visons à transférer (et faciliter) l'étape de régénération du catalyseur organometallique de l'activation directe de l'O2 vers l'oxydase intermédiaire. Ce type de catalyseur devrait oxyder de manière sélective des composés organiques tout en réalisant la réduction efficace du dioxygène en eau. Les bénéfices de cette approche sont doubles puisqu'ils reviendraient à la fois à augmenter la stabilité des catalyseurs par un processus d'oxydation propre et également à rediriger la fonction d'origine de l'oxydase utilisée vers de nouvelles réactivités dont le spectre devient plus large en terme de sélectivité des substrats mais également en terme d'efficacité. A cette fin, nous visons à exploiter et intégrer les différentes approches scientifiques permettant l'élaboration et l'étude des différentes composantes du système. Notre premier objectif est dédié à l'élaboration de nouveaux catalyseurs d'oxydation recyclables par l'association d'une composante oxydase (laccase) et d'un complexe de palladium qui permettra la régénération de manière propre et efficace du complexe. Une approche supramoléculaire sera envisagée par combinaison de librairies de metalloenzymes et de complexes de palladium. L'interaction, le transfert électronique ainsi que la réactivité entre les deux partenaires de la catalyse sera évaluée en utilisant différentes méthodologies allant de la croissance cellulaire, la biochimie, synthèse organique et inorganique, la biochimie, la physicochimie incluant les techniques spectrales à la catalyse. Notre deuxième objectif consiste à réaliser des chimères « Pd-oxydase » pour la catalyse d'oxydation énantiosélective. Nous explorerons les considérations structurales appliquées pour la création de métalloenzymes artificielles et viserons à conceptualiser des modules protéiques et inorganiques adaptés. Trois approches seront exploitées. La première concerne la modification de l'extrémité C-terminal de la laccase afin de greffer de manière covalente l'entité inorganique. Dans ce cas, la dérivatisation des deux partenaires sera envisagée pour le couplage. Cette extrémité devrait fournir « une deuxième sphère de coordination » pour le complexe et des interactions faibles pour le contrôle de la sélectivité peuvent être envisagées. La seconde est fortement reliée dans le sens où cette même extrémité fournira les acides aminés permettant le greffage datif du métal (ex., histidine). La troisième consiste à directement incorporer un site de fixation du palladium au sein de la metallooxydase. Deux matrices