Enzyme et argile : un duo gagnant pour une chimie durable
Une réaction chimique consiste à transformer des espèces chimiques (substrats) en produits (de réaction). Pour augmenter la vitesse de la réaction, l’utilisation d’une entité auxiliaire, appelée catalyseur, est très souvent nécessaire.
Un article de La Minute Recherche
Les catalyseurs d’origine biologique, tels que les enzymes, représentent une alternative aux catalyseurs chimiques pour la fabrication de produits à fortes valeurs ajoutées. On parle alors de biocatalyse. L’utilisation d’enzymes permet de travailler en condition douce tout en diminuant le nombre d’étapes des synthèses chimiques traditionnelles et en limitant la production de composés toxiques.
La biocatalyse permet de répondre aux 12 principes de la chimie verte et présente des enjeux majeurs au niveau industriel.
Actuellement, l’un des défis de la biocatalyse consiste à développer des procédés permettant de recycler les enzymes afin d’améliorer le bilan économique de ces synthèses. L’encapsulation des enzymes dans des nanomatériaux de type argile permet non seulement leur protection vis-à-vis des risques de dénaturation mais aussi de conduire à des performances accrues en termes d’activité et de sélectivité.
La transcétolase
Deux équipes de l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand ont développé un procédé innovant et performant permettant d’immobiliser une enzyme, la transcétolase, dans des nanomatériaux inorganiques de type argiles (Hydroxydes Double lamellaires, HDL). La transcétolase est l’une des enzymes phares étudiée dans l’équipe SEESIB qui fut la première à proposer son utilisation en synthèse. Cette enzyme permet d’accéder plus efficacement que par catalyse chimique à des précurseurs de composés présentant diverses activités biologiques et utilisés dans les secteurs pharmaceutique, agroalimentaire et cosmétique.
Parallèlement, les HDL sont des argiles naturelles facilement synthétisables dans des conditions de chimie douce, favorables au confinement de molécules du vivant.
Ces nanomatériaux biocompatibles sont très étudiés pour des applications en environnement et en médecine.
Dans ce procédé, l’immobilisation de la transcétolase est réalisée simultanément avec la formation de la phase HDL. Cette méthode s’avère écocompatible, peu coûteuse et facile à mettre en œuvre. Le biomatériau hybride obtenu associant HDL et enzyme, peut être conservé sous forme de poudre lyophilisée, stable sur plusieurs mois.
L’efficacité de ce biomatériau hybride a été évaluée pour la synthèse du L-érythrulose, composé utilisé en cosmétique comme auto-bronzant. L’enzyme ainsi immobilisée maintient 100% de son activité et peut être réutilisée jusqu’à 6 fois sans aucune perte d’activité !
Cette nouvelle stratégie ouvre la voie vers l’utilisation d’un large panel d’enzymes immobilisées sur les HDL pour des synthèses à grande échelle de molécules à intérêt biologique et pour de nouvelles applications en biocatalyse.
Un résumé conçu par Karima Benaissi, Virgil Hélaine, Vanessa Prévot, Claude Forano et Laurence Hecquet, Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (UMR 6296) de l’Université Blaise Pascal.
Référence complète :
K. Benaissi, V. Hélaine, V. Prévot, C. Forano, L. Hecquet (2011-06)
Efficient immobilization of yeast transketolase on Layered Double Hydroxides and application for ketose synthesis,
Advanced Synthesis & Catalysis , 353, 1497-1509.
Publié le 4 juin 2012
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Pour en savoir plus :
Découvrez le concept des douze principes de la chimie verte
Club Bioconversion en Synthèse Organique (CBSO) : Réseau d’une vingtaine de laboratoires français spécialisés en biocatalyse :
http://seesib.univ-bpclermont.fr/cbso/accueil.htm
Groupement de Recherche n° 3356 : Synthèse et procédés durables pour une chimie Eco-compatible
http://spdc2.inp-toulouse.fr
Réseau européen COST « CASCAT » (Cascade chemo-enzymatic processes : new synergies between chemistry and biochemistry). 18 pays européens partenaires impliqués en biocatalyse.
http://www.cost-cascat.polimi.it/
