Pourquoi certaines enzymes de transformation de l'azote sont plus efficaces que d'autres

Selon deux nouvelles études du Massachusetts Institute of Technology, certaines enzymes de traitement de l'azote sont plus efficaces que d'autres en raison de différences dans leur composition métallique. La recherche se concentre sur les nitrogénases, des enzymes produites par certains microbes qui permettent la conversion du gaz d'azote atmosphérique en ammoniaque, un composant clé des processus biologiques. Le gaz d'azote est répandu dans l'atmosphère terrestre, mais la plupart des formes de vie ont du mal à l'utiliser efficacement. Un petit groupe de micro-organismes possède des nitrogénases capables de diviser les molécules d'azote et de les transformer en ammoniaque utilisable.

Ces enzymes sont classées en trois classes distinctes, chacune caractérisée par les ions métalliques spécifiques qu'elles incorporent. Parmi celles-ci, les nitrogénases contenant du molybdène présentent la plus haute efficacité, une découverte que les chercheurs visent à comprendre et à appliquer au développement de catalyseurs artificiels. Les études révèlent que, bien que le molybdène ne s'engage pas directement avec l'azote, sa présence améliore considérablement l'interaction des atomes de fer voisins avec l'azote.

Selon Daniel Suess, professeur agrégé de chimie au MIT et co-auteur des deux études, cette phase de liaison initiale est particulièrement difficile. Une fois lancée, les étapes suivantes deviennent relativement simples. L'équipe de recherche a construit des modèles simplifiés de grappes de fer-sulfure, communément trouvés dans les sites actifs de la nitrogénase, pour étudier comment les différents métaux influencent leur fonctionnalité. En substituant différents métaux dans ces grappes, ils ont observé que seuls ceux incorporant des atomes plus gros, tels que le molybdène ou le tungstène, ont démontré de fortes capacités de liaison de l'azote.

En revanche, les grappes contenant des métaux plus petits comme le vanadium, le chrome ou le fer n'ont pas réussi à lier efficacement l'azote et se sont engagées dans des réactions alternatives. Ces résultats reflètent les observations dans les systèmes naturels, où les grappes fer-soufre contenant du molybdène semblent supérieures en matière de liaison de l'azote par rapport à celles contenant des métaux plus légers.

Leur analyse a suggéré un mécanisme potentiel par lequel le molybdène pourrait améliorer l'activité catalytique en facilitant le partage d'électrons entre les composants du cofacteur.

Les résultats soulignent l'importance de la coordination des métaux dans la fonction enzymatique et ouvrent des pistes pour des applications biotechnologiques avancées.