[Flash Info Chimie] #51 : métalloprotéine : un autre métal, pour d’autres applications

Les métalloprotéines sont des protéines qui contiennent un, ou plusieurs ions métalliques. Même si le nom est moins connus que « protéine » toute seule, elles sont très répandues : l’hémoglobine, par exemple, est une métalloprotéine dont la fonction est de transporter l’oxygène dans le sang. Dans ce cas, c’est un ion de Fer qui se trouve au centre de la protéine, et qui se lie à la molécule de dioxygène pour la fixer. La vitamine B12 s’organise autour d’un ion Cobalt, et est indispensable au bon fonctionnement du système nerveux. Les nitrogénases permettent à certaines bactéries de fixer l’azote atmosphérique : le diazote N2 est réduit en ammoniac NH3 grâce à ces métalloprotéines qui contiennent du molybdène et du fer. Dans la nature, le nombre de métaux impliqués est restreint : il n’y a pas grand chose à part le fer, le cuivre, le zinc, le calcium, le magnésium, le cobalt, le molybdène, le tungstène, le vanadium. Pourtant, la plupart de ces métaux ont des propriétés chimiques assez pauvres, comparées aux métaux nobles utilisés en catalyse en laboratoire (iridium, platine, palladium) : c’est l’environnement de l’ion métallique dans les métalloprotéines qui les rend actif.

Des chimistes ont eu l’idée « simple » de synthétiser des métalloprotéines artificielles, contenant, à la place des métaux « pauvres » par des métaux « nobles ». Et cela marche ! En utilisant de l’iridium à la place du fer dans des myoglobines, ils ont pu catalyser des réactions complexes en chimie organique, avec de très bon résultats.

A noter tout de même qu’un important travail de mise au point de la myoglobine a été nécessaire : la métalloprotéine la plus efficace contient non seulement de l’iridium et non du fer, mais présente également plusieurs mutations pour en augmenter son efficacité.

Pour les amateurs, la meilleure métalloprotéine a permis d’obtenir le composé 2 avec un rendement quasi quantitatif, un excès énantiomérique de 80 %, et un TON supérieur à 100. 

« Abiological catalysis by artificial haem proteins containing noble metals in place of iron » Hanna M. Key, Paweł Dydio, Douglas S. Clark & John F. Hartwig Nature 534,534–537(23 June 2016)