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En direct des laboratoires de l'institut de Chimie

 

 

La double hélice d'ADN comme outil en biocatalyse asymétrique

La chiralité est un élément caractéristique des processus vitaux des systèmes vivants. Ainsi, tous les acides aminés constituant les protéines naturelles sont gauches, alors que tous les sucres de l’ADN sont droits. Ces homochiralités rigoureuses sont un facteur essentiel du maintien de la vie sur Terre. Quels sont les mécanismes à l’origine de cette sélection ? L’information chirale portée par les biopolymères naturels peut-elle être transmise ? Peut-on envisager la formation spontanée, lors de cette transmission, d’un matériel porteur d’un codage particulièrement stéréosélectif ? Des chercheurs du Laboratoire de synthèse organique et modélisation par apprentissage (CNRS / ESPCI ParisTech), de l’Institut des biomolécules Max Mousseron (CNRS / Universités de Montpellier 1 et 2 / ENSCM) et de la société Noxxon, ont utilisé pour la première fois une hélice d’ADN artificielle pour aborder ces questions sous un angle nouveau. Leurs résultats sont publiés dans la revue Angewandte Chemie.

 

En chimie, la chiralité (dérivé du grec « Kheir » ou « main ») désigne des molécules qui ne peuvent être superposées à leur propre image dans un miroir, comme nos mains. Historiquement, les composés chiraux ont été générés par la transformation chimique d'un précurseur chiral, lui-même obtenu directement ou indirectement à partir de molécules chirales naturelles. Fondée sur des processus stéréosélectifs, moins coûteux en énergie et plus respectueux de l’environnement, la bio-catalyse a pris ces dernières années un essor considérable pour devenir un outil de l’arsenal de synthèse du chimiste incontournable pour son efficacité. Jusqu’à présent, la biocatalyse était exclusivement réservée aux enzymes, qui disposent d’un micro-environnement dans lequel des réactions peuvent avoir lieu, alors que la double-hélice droite de l'ADN (qui code pour la synthèse d'enzymes) est sans ambiguïté le plus bel exemple de chiralité. Le transfert de chiralité de l'ADN en présence d’un ligand achiral, décrit pour la première fois en 2005, a ouvert une nouvelle voie dans la catalyse asymétrique mais restait limité à la formation d’un seul énantiomère. Dans le cadre de leur collaboration sur le développement de nouveaux biocatalyseurs hybrides, des chercheurs de l’ESPCI ParisTech, de l’Institut des biomolécules Max Mousseron de Montpellier et de la société Noxxon ont décrit pour la première fois en catalyse asymétrique l’utilisation d’une hélice d’ADN artificielle à pas gauche. Ainsi l’auto-organisation hélicoïdale supramoléculaire droite ou gauche d’un système donné permet d’accéder aux deux énantiomères d’une réaction donnée.
Par ailleurs, les chercheurs ont également mis en évidence l’importance de la séquence (du code) de cet ADN sur la sélectivité de la réaction. Alors que les molécules biologiques synthétisées à partir de substances racémiques préservent nécessairement la symétrie gauche-droite, ces résultats suggèrent qu’une brisure de la symétrie du miroir (violation de la parité) ait pu avoir lieu suite à la génération spontanée dans une soupe primitive d’une séquence particulièrement sélective.

Ces travaux ouvrent deux perspectives nouvelles. D'une part, ils permettent de mieux comprendre quels sont les mécanismes de transmission de la chiralité dans les biomolécules et ouvrent ainsi la voie vers la synthèse de nouveaux biocatalyseurs hautement sélectifs. D’autre part, ils permettent d’éclairer d’un jour nouveau l’énigme de l’homochiralité, c'est-à-dire les mécanismes qui ont abouti à la totale dissymétrie des biopolymères naturels.

 

 

© Michael Smietana

 

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Référence

Jocelyn Wang, Erica Benedetti, Lucas Bethge, Stefan Vonhoff, Sven Klussmann, Jean-Jacques Vasseur, Janine Cossy, Michael Smietana, and Stellios Arseniyadis
DNA vs. Mirror Image DNA: A Universal Approach to Tune the Absolute Configuration in DNA-Based Asymmetric Catalysis
Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, DOI: 10.1002/anie.201306232

 

Contact chercheur 

Stellios Arseniyadis, ESPCI ParisTech, Paris
Courriel : stellios.arseniyadis@espci.fr
Tél. : 01 40 79 46 62

Michael Smietana, Institut des Biomolécules Max Mousseron, Montpellier

Courriel : msmietana@um2.fr

Tél. : 04 67 14 38 37

 

Contacts institut

Christophe Cartier dit Moulin, Jonathan Rangapanaiken

 

16 octobre 2013

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