De nouvelles nanocages hybrides pour une catalyse plus rapide


Chats en cage : de nouvelles nanocages hybrides pour une catalyse plus rapide

1. La a été construite avec des substitutions d’acides aminés en introduisant des mutations dirigées qui ont permis une plus grande absorption d’IrCp*. Crédit photo : Takafumi Ueno de l’Institut de technologie de Tokyo

Une nouvelle nanocage de ferritine hybride avec des résidus d’histidine montre une absorption d’ions métalliques 1,5 fois plus élevée et une efficacité catalytique améliorée la production d’alcool, selon les chercheurs de Tokyo Tech dans une nouvelle étude. Leurs résultats suggèrent que les bio-nanocages hybrides pourraient catalyser efficacement les réactions pour produire des produits importants sur le plan industriel.

Les polymères biologiques peuvent s’assembler spontanément en structures complexes qui ressemblent à des vaisseaux ou à des cages mais sont beaucoup plus petites et sont appelées « nanocages ». Ces structures peuvent héberger une variété de molécules qui se comportent comme des « invités ». Un exemple populaire est la « nanocage de ferritine », formée par l’auto-assemblage de 24 sous-unités dans la protéine ferritine, qui peut encapsuler des ions métalliques, qui sont des catalyseurs importants. En utilisant ces ions métalliques, une réaction catalytique convertit n’importe quel substrat en un produit. Bien que bien connues, les applications potentielles de la cage de ferritine dans l’industrie n’ont pas encore été pleinement explorées.

À ce jour, la plupart des efforts visant à augmenter l’absorption des ions métalliques dans la ferritine ont abouti à des cages avec une stabilité médiocre. Pour que « l’invité » soit bien assis dans la cage, une conception efficace est essentielle. Dans cet esprit, une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Takafumi Ueno du Tokyo Institute of Technology, Japon (Tokyo Tech) a introduit des mutations spécifiques au site dans le cœur de la nanocage de ferritine et une absorption accrue du complexe d’ (IrCp*) . Vos résultats seront publiés dans chimie appliquée. L’iridium est un catalyseur important dans la production d’alcool et est utilisé commercialement dans les industries pharmaceutique, alimentaire et chimique.

Le professeur Ueno explique : « Sur la base de la littérature précédente, nous savions que la présence d’acides aminés de coordination dans la cage améliore l’activité de l’iridium et que le remplacement de ces acides aminés par des résidus appropriés pourrait atténuer le problème. Parce que le complexe d’iridium se comporte comme un catalyseur, les résidus de coordination feraient le travail. » Les auteurs ont utilisé l’histidine, un acide aminé, pour remplacer deux résidus, l’arginine et l’acide aspartique, des cages de ferritine régulières (de type sauvage), créant des mutants R52H et D38H Notamment, la structure d’assemblage ou la taille de la cage n’ont pas été affectées par ces changements.

Chats en cage : de nouvelles nanocages hybrides pour une catalyse plus rapide

Figure 2. La nanocage agit comme un biocatalyseur hybride dans la conversion des substrats en alcools à haute spécificité. Crédit photo : Takafumi Ueno de l’Institut de technologie de Tokyo

Ensuite, ils ont ajouté le mutant IrCp* et ont découvert que R52H pouvait encapsuler 1,5 fois plus d’atomes d’iridium que la cage de type sauvage (Figure 1). Cependant, ce qui a attiré leur attention était le mutant D38H, qui se comportait exactement comme le type sauvage. Alors pourquoi les deux mutations n’ont-elles pas eu le même effet ? Selon le professeur Ueno, « Cela implique que non seulement la présence du résidu d’histidine, mais également sa position, est cruciale pour déterminer l’efficacité de l’absorption dans la cage. »

Avec les cages catalytiques, les chercheurs ont pu atteindre des taux de production d’alcool allant jusqu’à 88 %. Apparemment, les mutations ont favorisé un réarrangement structurel des composants de la réaction, ce qui a augmenté le taux de conversion (Figure 2).

Pour comprendre comment le substrat se comporte dans la cage, les chercheurs ont utilisé des simulations dans lesquelles les molécules du substrat pouvaient se déplacer librement dans la nanocage. Ils ont observé certaines interactions entre le substrat et l’histidine dans le mutant R52H qui étaient absentes dans la cage de type sauvage, c’est-à-dire que le substrat présentait une liaison préférentielle dans la nanocage.

« Ces bio-nanocages hybrides se sont également avérés très stables, suggérant qu’ils pourraient être utilisés comme catalyseurs viables dans des applications industrielles », conclut le professeur Ueno. La conception actuelle basée sur la structure de la recherche sur les sites de liaison des ions métalliques pourrait être développée davantage pour créer de nouveaux mutants de ferritine avec une absorption sélective de molécules invitées spécifiques pour diverses applications catalytiques dans les industries chimiques et pharmaceutiques.


Cages à protéines pour la conception de diverses réactions catalytiques


Plus d’information:
Mohd Taher et al, Controlled Uptake of an Iridium Complex within Engineered apo-Ferritin Nanocages: Study of Structure and Catalysis, Édition internationale d’Angewandte Chemie (2022). DOI : 10.1002/anie.202116623

Fourni par l’Institut de technologie de Tokyo

Devis: Cats in a Cage: Novel hybrid nanocages for quicker catalysis (2022, 24 janvier) Extrait le 24 janvier 2022 de https://phys.org/news/2022-01-cats-cage-hybrid-nanocages-faster.html

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