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Institut de Biologie StructuraleGrenoble / France

De la chimie radicalaire pour l’assemblage du site actif des hydrogénases à [FeFe]

Les hydrogénases à [FeFe] sont des métalloenzymes capables de catalyser la réaction réversible d’oxydation de l’hydrogène moléculaire. Elles utilisent pour cela un centre organométallique unique appelé agrégat H, dont les propriétés physicochimiques et structurales servent de source d’inspiration pour l’élaboration de catalyseurs en vue d’une utilisation plus importante de l’hydrogène moléculaire comme source d’énergie renouvelable. Des chercheurs de l’IRIG lèvent un coin de voile sur les mécanismes de production et d’assemblage de ce centre métallique, qui font appel à une chimie radicalaire complexe.

L’agrégat H de ces métalloprotéines est constitué d’un centre [Fe4S4] lié à un centre binucléaire de fer [2Fe]H. Ce dernier est le site de fixation et transformation de l’hydrogène proprement dit. La biosynthèse du [2Fe]H nécessite l’action coordonnée d’au moins trois métalloprotéines accessoires HydF, HydE et HydG. La protéine HydG est responsable, à partir de L-tyrosine, de la production des ligands cyanure et monoxyde de carbone, sous la forme d’un complexe organométallique appelé complexe-B. Ce dernier sert à son tour de substrat pour la protéine HydE dont la réaction et le produit restent inconnus. La protéine HydF, elle, sert d’échafaudage sur lequel le centre [2Fe]H est construit avant d’être inséré dans l’hydrogénase.
Des chercheurs de l’Irig étudient les mécanismes catalytiques de métalloenzymes contenant des métaux de transition, mais aussi les mécanismes de synthèse et d’insertion de ces sites métalliques dans les enzymes au sein desquelles ils doivent être insérés. En collaboration avec l’UCDavis et l’université de l’Illinois, ils ont publié la structure cristalline de la protéine HydE liant le complex-B, révélant pour la première fois sa configuration unique, ainsi que son mode de fixation. Par ailleurs, en déclenchant la réaction, soit directement dans les cristaux, soit juste avant cristallisation, ils ont été capables d’observer une nouvelle espèce mononucléaire de fer pentavalent, probablement reliée au produit de HydE. L’analyse des mouvements de la protéine observés dans les différentes structures suggère un transfert directionnel du substrat au site actif et d’évacuation du produit vers son partenaire HydF. Ces travaux soulèvent de nouvelles questions quant au mécanisme complet de l’enzyme qui agit comme une nano chaine de montage.

Crystal Structure of the [FeFe]-Hydrogenase Maturase HydE Bound to Complex-B. Rohac R, Martin L, Liu L, Basu D, Tao L, Britt RD, Rauchfuss TB, and Nicolet Y. Journal of the American Chemical Society, 2021

Contact : Yvain Nicolet (IBS/Groupe Métalloprotéines)