Des chercheurs du CEA[1], du CNRS et d’Aix-Marseille Université décrivent le mécanisme d’activation d’enzymes bactériennes qui transforment naturellement le CO2 en acide formique, composé à forte valeur énergétique.
La description du mécanisme d’activation de ces enzymes, les formiate déshydrogénases[2] (FDHs), représente une avancée importante pour développer, à terme, des biotechnologies appliquées aux énergies renouvelables.
Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.
Les formiate déshydrogénases (FDHs) sont des enzymes qui transforment le CO2 en acide formique (CH2O2) chez de nombreuses bactéries. Ce dernier est utilisé pour alimenter certaines piles à combustibles ou pour stocker de l’hydrogène, ce qui fait de lui un composé d’un grand intérêt dans le domaine des énergies renouvelables.
La transformation du CO2 en acide formique requiert des enzymes FDHs sous forme active. Leur activation passe par la fixation d’un atome de soufre (sulfuration) sur un composé, appelé cofacteur à molybdène, qui s’intègrera ensuite dans le site actif des FDHs. Plus précisément, l’atome de soufre est conduit jusqu’au cofacteur par une protéine chaperon[3], dont le mode d’action, déterminant pour activer les FDHs et donc transformer le CO2, était jusqu’alors inconnu.
Des chercheurs du CEA, du CNRS et d’Aix-Marseille Université ont réussi à décrypter le mécanisme de « sulfuration » du cofacteur à molybdène chez la bactérie Escherichia coli grâce à une approche multidisciplinaire associant des techniques de biologie structurale, de biochimie et de biologie moléculaire. D’une part, ce cofacteur est une molécule très fragile, de l’autre, le soufre inorganique est hautement réactif. Dans ce contexte, il a été mis en évidence un mécanisme permettant de coupler le transfert protégé du soufre et la fixation du cofacteur à molybdène sur une même protéine chaperon. Selon le modèle décrit par les chercheurs, le soufre navigue à travers un tunnel traversant le cœur de la protéine chaperon, tunnel qui relie d’un côté la protéine donneuse de soufre et de l’autre, le cofacteur à molybdène. Le cofacteur ainsi soufré peut s’intégrer dans le site actif des FDHs : ces enzymes sont dès lors capables de catalyser la transformation du CO2 en acide formique.
[ Sur cette figure, le soufre produit à partir de L-Cystéine navigue à travers un tunnel traversant la protéine chaperon pour atteindre le cofacteur à molybdène fixé de l’autre côté de la protéine. Une fois le cofacteur à molybdène soufré, celui-ci est disponible pour les FDHs et permet ainsi leur activité. © A. Magalon ]
Ces travaux permettent une meilleure compréhension d’une étape clé dans la production de FDHs sous forme active et offrent de belles perspectives dans le développement d’applications en biotechnologies dans le domaine des énergies renouvelables.
Il existe actuellement plusieurs types de piles à combustibles. Certaines sont composées d’une membrane échangeuse de protons qui permet, à partir d’acide formique et d’oxygène, de créer de l’énergie en rejetant notamment de l’eau et du CO2. On parle de « direct formic acid fuel cell ». Grâce à la réduction du CO2 en acide formique via le rôle clé joué par les formiate déshydrogénases, il serait possible d’alimenter des piles à combustibles et ainsi favoriser l’utilisation d’énergies renouvelables.
Références :
Pascal Arnoux, Christian Ruppelt, Flore Oudouhou, Jérôme Lavergne, Marina I. Siponen, René Toci, Ralf R. Mendel, Florian Bittner, David Pignol, Axel Magalon & Anne Walburger
Sulphur shuttling across a chaperone during molybdenum cofactor maturation – Nature Communications – DOI: 10.1038/ncomms7148
[1] Institut de biologie environnementale et biotechnologie.
[2] Les formiate déshydrogénases sont un ensemble d’enzymes qui catalyse l’oxydation du formiate de dioxyde de carbone.
[3] Protéine dont le rôle est d’assister d’autres protéines pour favoriser leur maturation.
bonjour Alors ça, c’est vraiment une bonne nouvelle ! Même plus besoin du soleil ! Ils sont forts ces chercheurs ! Au fait, c’est comme ça qu’elles font les fourmis ? Ou alors elles ont un autre plan ? Parce que elles aussi, elles sont fortes ! Vive le bio mimétisme ! Comme des bêtes, mais sans honte ! hu hu ! on vit une époque formidable ! Vont bientôt nous faire de la bière avec nos eaux usées ! Tchinn, santé !
C’est une voie intéressante à explorer: recycler le CO2 sans le relâcher dans l’atmosphère, ou peut-être le capter dans l’atmosphère, et utiliser ce procédé de réduction en acide formique pour stocker l’énergie intermittente des ENR
Il faudrait préciser d’où vient l’énergie pour faire l’acide formique avec du CO2, de fait elle vient du soufre réactif puissant avec des métaux sous terre (Mo, Fe ), au lieu de l’oxygène !! Donc travaux très intéressants en recherche fondamentale, mais inutilisables sauf sur des stocks de soufre purs !!