Comment les enzymes apprennent à distinguer les molécules les unes des autres
Comment la précision des enzymes végétales a évolué au fil du temps et pourquoi le site actif n'est pas le seul facteur déterminant dans ce processus
Annonces
Les enzymes sont les outils moléculaires de la vie. Elles accélèrent les réactions chimiques et sont capables de distinguer avec une grande précision des molécules qui se ressemblent. La grande sélectivité de nombreuses enzymes est essentielle à la production de médicaments importants tels que la pénicilline et la cyclosporine. Mais comment les enzymes ont-elles développé cette capacité à distinguer avec une telle précision des fonctionnalités chimiques similaires ? Une équipe de recherche internationale, comprenant des chercheurs de l’Université technique de Graz (TU Graz), s’est penchée sur cette question en prenant comme étude de cas un groupe d’enzymes végétales appelées « déshydrogénases du bornéol ». Les résultats montrent que ce ne sont pas seulement les modifications au niveau du centre catalytique de l’enzyme, mais aussi celles survenant à d’autres sites de la protéine qui, ensemble, peuvent exercer une influence décisive sur la sélectivité d’une enzyme. Les résultats de cette étude ont été publiés dans Nature Communications.
Une voie évolutive vers la sélectivité
Les déshydrogénases du bornéol (BDH) sont des enzymes végétales qui interviennent, entre autres, dans la formation du camphre. Certaines de ces enzymes sont capables de distinguer de manière très spécifique les deux formes en miroir de la molécule de 1-bornéol. L’une des deux variantes du bornéol se lie préférentiellement à l’enzyme et est ainsi mise à disposition pour les processus d’oxydation. Cette forte sélectivité des enzymes présente un intérêt pour de nombreuses applications biotechnologiques, telles que la production de principes actifs pharmaceutiques, de cosmétiques et de parfums.
Dans la fabrication des médicaments en particulier, les effets des isomères peuvent varier considérablement, et l’utilisation d’un isomère inapproprié peut entraîner des effets secondaires. « Alors que les enzymes naturelles reconnaissent ces formes en miroir avec une grande précision, on ignore souvent pourquoi cette fonction s’est établie au cours de l’évolution et quelles modifications de l’enzyme en sont à l’origine », explique Robert Kourist, directeur de l’Institut de biotechnologie moléculaire de l’Université technique de Graz.
Pour étudier l’évolution de la sélectivité des BDH, les chercheurs se sont appuyés sur les séquences de 97 enzymes apparentées issues de 59 genres végétaux et les ont utilisées pour reconstruire diverses « enzymes ancestrales ». À l’aide de ces protéines reconstruites, ils ont pu retracer les différentes étapes d’un parcours évolutif possible. « Cela a révélé un bond évolutif significatif : une enzyme ancestrale reconstruite particulière ne faisait guère de distinction entre les deux formes en miroir de la molécule, tandis qu’une enzyme ancestrale plus récente, en revanche, était hautement sélective », explique Jasmin Zuson, co-auteure principale de l’étude, de l’Institut de biotechnologie moléculaire.
L’interaction entre le site actif et la périphérie est cruciale
On observe 19 changements d’acides aminés entre les deux variantes enzymatiques examinées de près. Un seul de ces changements affecte le site actif. Bien que cette mutation ait, à elle seule, modifié la sélectivité de l’enzyme dans une mesure mesurable, d’autres changements à des endroits situés en dehors du site actif ont été nécessaires pour atteindre une très haute sélectivité. « Les résultats montrent que la fonction d’une enzyme ne peut s’expliquer uniquement sur la base de son site actif. Des modifications dans d’autres parties de la protéine peuvent, lorsqu’elles agissent en combinaison, avoir une influence décisive sur les propriétés de l’enzyme dans son ensemble », explique Robert Kourist.
Des simulations moléculaires ont fourni une explication possible à ce phénomène. Ce n’est pas seulement la séquence des acides aminés de l’enzyme qui influence sa sélectivité réactionnelle, mais aussi sa forme et sa mobilité, qui sont largement déterminées par la périphérie de la molécule. Cela influe sur la manière dont une enzyme et un réactif peuvent entrer en contact l’un avec l’autre dans un liquide. Dans cette étude, la forme moléculaire hautement sélective a plus souvent adopté une disposition spatiale permettant une réaction réussie.
Perspectives pour l’ingénierie enzymatique
Cette étude apporte ainsi un nouvel éclairage sur la manière dont l’évolution donne naissance à la précision moléculaire. À long terme, ces connaissances pourraient également s’avérer pertinentes pour la biotechnologie : « Une meilleure compréhension des origines évolutives de la sélectivité pourrait nous aider à optimiser plus spécifiquement les enzymes pour certaines tâches à l’avenir », explique Robert Kourist.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Annonces
Autres actualités du département science
