Reactions cascades catalysées par des enzymes artificielles in cristallo – NikAGARA

Le développement d’une chimie durable nécessite de repenser les procédés de la catalyse dans l’industrie. Les réactions en cascades sont alors des solutions idéales. En combinant les stratégies de la biocatalyse et la catalyse inorganique, le projet Ni(k)AGARA s’inscrit dans une preuve de concept, basée sur la mise au point de réactions cascades au sein de cristaux de protéines. La stratégie s’appuiera principalement sur l’addition d’un deuxième site catalytique au sein des cristaux de métalloenzymes artificielles que le consortium maîtrise. De plus, La maîtrise de la dégradation performante des alcènes en utilisant du dioxygène comme oxydant nous poussera à ajouter des transformations en aval dans une cascade originale de réactions d'oxydation catalytique impliquant la carbonatation, l'oxydation des aldéhydes ou la dégradation des biomolécules polyinsaturées. Jamais utilisée sur des biomatériaux hybrides, ce procédé devrait à court terme atteindre les spécifications industrielles.
le projet est divise en deux objectifs principaux: d'abord, la construction de deux sites catalytiques au sein d'une protéines, distingués par leur mode d'insertion. Le premier sera basé sur des interactions supramoléculaires comme maitrisé par le consortium aujourd'hui, alors que le second sera lié de façon covalence au niveau ds canaux de solvants du cristal de protéine. le mode de de fixation sera obtenu par la mutation d'un acide amine de la chaine N terminale par une cysteine; celle ci réagira alors avec des fonctions liées sur le ligand du complexe métallique à intégrer. Une alternative visera à effectuer de la chimie click sur un acide aminé non naturel de type azido. La catalyse de la transformation constituera le deuxième objectif, un choix issu des récentes découvertes du consortium. Le clivage oxydant d'alcène a été démontré comme catalytiques avec des cristaux de protéines artificielles, basée sur l'insertion de complexes de fer au sein de la protéine NikA. Sur cette base, l'activation du CO2 sera entreprise dans la seconde étape de la reaction en cascade: une transformation d'époxydes en carbonates ou l'oxydation consécutives de polyenes en sont une illustration.
La qualité du projet Ni(k)AGARA repose sur la bonne combinaison entre la durabilité et la catalyse, en créant de nouvelles solutions innovantes pour la catalyse tout en ciblant les polluants, ou des blocs de molécules biosourcées. Les bénéfices scientifiques seront nombreux à divers niveaux. En premier lieu, le consortium développera de nouveaux outils pour transformer chimiquement les protéines cristallines et comprendre les mécanismes catalytiques au niveau moléculaire. Deuxièmement, l'application de la transformation du polymère devrait ouvrir de nouvelles voies plus vertes. En conséquence, il répond aux exigences de «stimuler le renouveau industriel» et devrait être évalué par le CES 07.
Cette approche unique va réinstaller la technologie CLEC dans le domaine des applications en catalyse avec un objectif ultime de réactions en cascade. Heureusement, les progrès technologiques dans la cristallisation des protéines et l'utilisation de la robotique assureront la facilité de production de biohybrides solides. Un deuxième niveau de lecture du projet porte sur la recherche de nouveaux processus de réactions pour des produits de haute valeur combinant la valorisation du CO2 avec la fonctionnalisation des polymères, un domaine très actif pour les polymères à faible impact environnemental.
Les partenaires 1 et 2 sont impliqués dans des projets collaboratifs depuis 2008 et leurs publications communes dans des revues à fort impact attestent de leur efficacité complémentarité. Le partenaire 3 apportera ses connaissances en matière d'activation du CO2 et de science des polymères, rendant les réactions ciblées éventuellement appréciables par le monde industriel et ouvrant un nouveau champ de possibilités pour cette approche catalytique originale.