Certaines bactéries anaérobies1 tolèrent la présence d’oxygène grâce à une enzyme protectrice, la superoxyde réductase (SOR). Découverte en 2000 par une équipe du CEA-IRTSV, la SOR élimine le radical superoxyde, une forme hautement réactive de l’oxygène. Les chercheurs ont constaté de remarquables analogies de structure entre cette enzyme et certaines oxygénases. Leur site actif, similaire, comprend un atome de fer lié à quatre atomes d’azote et un de soufre. De plus, elles produisent le même intermédiaire réactionnel, de type Fe-OOH. Or les oxygénases, omniprésentes dans le monde vivant, catalysent l’oxydation de molécules biologiques par l’insertion d’un atome d’oxygène, alors que la SOR a une activité anti-oxydante.
Dans le cas des oxygénases, l’intermédiaire Fe-OOH, sitôt produit, est clivé entre ses deux atomes d’oxygène pour former une entité très réactive capable d’oxyder les molécules biologiques. Dans le cas de la SOR, le clivage se produit entre le fer et les atomes d’oxygène, pour former de l’eau oxygénée, le produit d’élimination du radical superoxyde. Quels sont les facteurs orientant le devenir d’un même intermédiaire chimique vers deux réactions différentes ?
Le site actif des deux enzymes étant similaire, les chercheurs se sont tournés vers son environnement protéique. En collaboration avec une équipe de l’IBITECS, ils ont obtenu des SOR mutées de la bactérie Desulfoarculus baarsii. Deux acides aminés proches du site actif avaient déjà été repérés comme essentiels à la fonction de l’enzyme. Le remplacement de la lysine 482 par une isoleucine ou de l’isoleucine 118 par une sérine suffit pour transformer la SOR en une oxygénase fonctionnelle !
Outre son intérêt l’étude de la SOR en elle-même, ce travail fournit une nouvelle clé pour appréhender le fonctionnement des oxygénases. A plus long terme, les chercheurs évoquent le développement de catalyseurs d’oxydation utilisables en chimie verte.
- Organisme vivant dans un milieu dépourvu d’oxygène moléculaire
- Le numéro indique la position de l’acide aminé dans la chaîne protéique