Une introduction générale permet de discuter des avantages et inconvénients respectifs des biocatalyseurs (enzymes) et des catalyseurs de synthèse. Si les premiers sont doués de propriétés d’efficacité catalytique et de sélectivités remarquables, essentiellement fournies par l’environnement protéique, les seconds sont moins contraints en termes de conditions de travail (température, pression, solvants, etc.) et d’ions métalliques utilisables, la synthèse permettant d’explorer des espaces chimiques pour ainsi dire infinis. Le concept de « métallo-enzyme artificielle » est né de cette idée de combiner les deux mondes, en associant un catalyseur de synthèse à une enveloppe protéique pour atteindre des propriétés nouvelles. Dans ce premier cours sont donnés plusieurs exemples marquants illustrant cette approche. On peut donc construire des catalyseurs bio-hybrides ou des métallo-enzymes artificielles :
- à partir d’une métallo-enzyme dans laquelle on remplace le métal naturel par un autre métal (exemple : remplacement du Zn par du Rh dans l’anhydrase carbonique conduisant à une enzyme catalysant des réactions d’hydrogénation) ;
- à partir d’une métalloprotéine dans laquelle on remplace le cofacteur par un analogue en le fixant de façon covalente ou non (exemple : remplacement de l’hème de la myoglobine par des complexes Mn(salen) conduisant à des propriétés catalytiques de monooxygénation) ;
- à partir d’une protéine possédant un site spécifique pour un ligand ; un conjugué ligand-complexe se fixe à cette protéine efficacement et sélectivement, ce qui conduit à une métalloprotéine artificielle (exemple : la streptavidine associée à un conjugué biotine-catalyseur) ;
- à partir d’une protéine qu’on modifie pour fixer de façon covalente un catalyseur de synthèse ;
- à partir d’une protéine dans laquelle on crée par mutagénèse dirigée un site de fixation d’un ion métallique (exemple : ajout dans la myoglobine d’un site à fer non héminique, conduisant à un site actif binucléaire ressemblant à celui de la NO réductase ou de la cytochrome oxydase).
D’autres polymères biologiques peuvent être utilisés. C’est le cas par exemple de l’ADN sur lequel on peut fixer des complexes de cuivre, ce qui conduit à des métallo-enzymes artificielles capables de catalyser des réactions de Diels-Alder dans l’eau.
