Navigation – Plan du site
111 | 2012
Annuaire du Collège de France 2010-2011
Résumé des cours et travaux 111e année
I. Sciences mathématiques, physiques et naturelles

Chimie des processus biologiques

Marc Fontecave
p. 211-230

Plan

Haut de page

Notes de la rédaction

Les enregistrements vidéo et audio des cours et les enregistrements vidéo de certains séminaires sont disponibles sur le site Internet du Collège de France : http://www.college-de-france.fr/site/marc-fontecave/course-2010-2011.htm et http://www.college-de-france.fr/site/marc-fontecave/seminar-2010-2011.htm

Texte intégral

Cours : Chimie biologique radicalaire : de l’origine de l’ADN au métabolisme d’aujourd’hui

1Il est généralement admis que les radicaux libres, espèces chimiques très réactives, sont des poisons pour les systèmes vivants qui ont élaboré des mécanismes efficaces pour s’en protéger et s’en débarrasser lorsqu’ils viennent à se former, par accident. Par exemple ce qu’on appelle communément le stress oxydant est une situation caractérisée par une accumulation de radicaux issus de l’oxygène moléculaire, comme le radical superoxyde ou le radical hydroxyle, qui dépasse les capacités anti-oxydantes de l’organisme. Dans des situations extrêmes, cela conduit à des pathologies graves.

2Cette idée de l’incompatibilité biologique des radicaux doit être fondamentalement remise en cause à la lumière de toute une série d’observations biochimiques qui démontrent qu’une très grande quantité de réactions métaboliques et biosynthétiques font intervenir des intermédiaires radicalaires, remarquablement bien contrôlés, ouvrant largement le spectre des possibilités chimiques de transformation de la matière vivante. Cette chimie complexe sera illustrée par exemple avec le cas des ribonucléotide réductases, les enzymes responsables de la biosynthèse des désoxyribonucléotides, les précurseurs de l’ADN. D’autres systèmes enzymatiques radicalaires, appartenant à la superfamille des enzymes « Radical-S-Adénosyl-Méthionine », impliquées par exemple dans la biosynthèse de cofacteurs soufrés, de vitamines, d’antibiotiques, dans la modification d’ARN de transfert et de protéines, ou encore dans des processus de réparation de l’ADN seront présentés.

3La présentation des ribonucléotide réductases, essentielles à la synthèse de l’ADN, offrira l’opportunité de discuter en détail, notamment grâce à l’intervention de spécialistes, une question majeure de l’évolution chimique de la vie, à savoir la transition entre le « monde à ARN », ancien et aujourd’hui disparu, et le « monde à ADN » actuel. En effet, il est communément admis que la vie a commencé avec l’ARN et les protéines et que l’ADN est un produit tardif de l’évolution. Le rôle d’une ribonucléotide réductase primitive et l’importance des virus dans « l’invention de l’ADN » seront plus particulièrement discutés.

Du monde à ARN au monde à ADN : les ribonucléotide réductases

4Dans cette première leçon ont été discutés les différents arguments sous-tendant l’hypothèse, aujourd’hui largement acceptée, d’un monde à ARN primitif, dans lequel les activités de support de l’information génétique et de catalyse sont portées exclusivement par des molécules d’ARN. Si la capacité des ARN à stocker et transmettre de l’information est évidente, la seconde activité, certes limitée, est également réelle : il existe des ribozymes, enzymes à base d’ARN exclusivement, qui catalysent des réactions biologiques, comme la ribunucléase P ou le ribosome. Cette découverte a valu à T. Cech le prix Nobel en 1989. La seconde indication que l’ARN précède l’ADN réside dans l’observation que chez tous les organismes vivants, les désoxyribonucléotides, précurseurs de l’ADN, sont synthétisés à partir des ribonucléotides correspondants. L’étape suivante est le passage du monde à ARN en monde « ARN-protéine », plus solide en raison des capacités fantastiques de catalyse que confèrent les protéines. Une telle transition n’a été possible qu’avec « l’invention » du ribosome, la machinerie qui permet de traduire les ARN en protéines. Les faits suivants sont bien en accord avec l’hypothèse d’un monde ARN initial se transformant en monde AR/protéine, dont il reste des reliques moléculaires dans le vivant d’aujourd’hui : (i) les ARN sont nécessaires à la synthèse des protéines ; (ii) certains acide-aminés, comme l’histidine, sont synthétisés à partir de ribonucléotides ; (iii) un très grand nombre de cofacteurs enzymatiques, comme la S-Adénosylméthionine, le NADH, l’ATP, le coenzyme A, sont des ribonucléotides ; (iv) certains systèmes clés comme le ribosome sont des complexes ARN/protéine. La dernière étape est le passage au « monde à ADN », dans lequel l’information génétique est stockée sur l’ADN, une molécule plus stable que l’ARN, permettant une réplication plus fidèle et des mécanismes de réparation plus efficaces. Pour que ce monde nouveau apparaisse, il faut que le vivant « invente » un catalyseur qui permette la transformation des ribonucléotides en désosyribonucléotides. Ce catalyseur existe aujourd’hui : il s’agit de la ribonucléotide réductase, dont la première classe (il y en a plusieurs qui seront discutées dans les cours suivants) a été découverte en 1960 par le biochimiste suédois Peter Reichard. Dès lors, il est tentant de penser que ce passage, étape majeure de l’évolution, de l’ARN a l’ADN, est dû à l’arrivée sur terre d’une ribonucléotide réductase (RNR) particulière et la question qui en découle est la suivante : peut on dire, à la lumière des différentes RNR connues aujourd’hui, quelle était l’organisation de cette RNR primitive et la chimie mise en œuvre ? Le point de vue du chimiste est que la transformation d’un ribose en désoxyribose est complexe et difficile mais qu’elle peut être réalisée à travers des réactions qui mettent en œuvre des processus radicalaires. C’est avec émerveillement que l’on s’apercevra que toutes les ribonucléotide réductases sont des enzymes radicalaires.

Biosynthèse des précurseurs de l’ADN chez les organismes aérobies : du fer, de l’oxygène et des radicaux libres

5Chez les organismes aérobies, de la bactérie Escherichia coli à l’homme, les désoxyribonucléotides sont synthétisés à partir des ribonucléotides correspondants dans une réaction catalysée par la RNR (ribonucléotide réductase) de classe I. La même enzyme est responsable de la synthèse des quatre désoxyribonucléotides. Cette enzyme est constituée de deux sous-unités. La sous-unité R1 est le siège de la réaction. Elle fixe les substrats, les ribonucléotides, qui sont réduits grâce à une paire rédox de cystéines présentes à proximité dans le site actif, et également des désoxyribonucléotides, produits de la réaction, sur des sites éloignés qui sont les acteurs d’une régulation allostérique extrêmement complexe et encore mal caractérisée. Cette régulation est essentielle pour contrôler la production équilibrée des quatre désoxyribonucléotides dans la cellule. La deuxième sous-unité, appelée R2, contient un centre binucléaire de fer et un radical sur une tyrosine, facilement détectable par résonance paramagnétique électronique. Ce radical est absolument essentiel à l’activité enzymatique. Dans ce cours, il est fait un bilan de toutes les études, notamment celles développées par J. Stubbe (MIT, États-Unis) en utilisant des analogues de substrats, des mutants dirigés, des précurseurs radicalaires photochimiques, pour comprendre comment le radical est transféré, par des processus complexes de transfert d’électrons couplés à des transferts de protons, sur une très longue distance (35 Å environ) de R2 jusqu’au site actif de R1 où il peut enfin arracher un atome d’hydrogène sur le ribose substrat, le rendant ainsi réactif pour sa transformation en désoxyribose. Ce système est particulièrement adapté à l’étude des transferts d’électrons et de radicaux à longue distance, si importants en biologie, dont la théorie et les méthodes d’analyse sont discutées. Dans ce cours ont été discutées également : (i) la question de la synthèse post-traductionnelle du radical tyrosinyle de R2 et du rôle essentiel du centre à fer et de l’oxygène dans cette synthèse ; (ii) la question de l’inhibition de cette enzyme puisque celle-ci constitue en effet une cible pour des médicaments anticancéreux, dont le plus connu est la gemcitabine, un analogue de ribonucléoside naturel, utilisé en clinique.

Biosynthèse des précurseurs de l’ADN chez les organismes anaérobies : du fer, de la S-adénosylméthionine et des radicaux libres

6L’importance de l’oxygène pour la ribonucléotide réductase de classe I et donc pour la synthèse de l’ADN nous a conduit en 1988 à nous poser la question, jamais étudiée auparavant, de la biosynthèse des désoxyribonucléotides chez les organismes vivants poussant en conditions strictement anaérobies. Ces travaux ont permis d’isoler une nouvelle ribonucléotide réductase (dite de classe III) qui a pu être caractérisée presque complètement. Ses propriétés structurales et chimiques sont uniques et ont été présentées pendant cette leçon. La ribonucléotide réductase elle-même est un dimère comportant un radical glycinyle, extrêmement sensible à l’oxygène, essentiel à l’activité enzymatique car il permet l’activation radicalaire de la partie ribose du substrat. Ce caractère radicalaire la rapproche de la RNR de classe I. Comme cette dernière également, elle fait l’objet d’une régulation allostérique complexe, impliquant les désoxyribonucléotides et l’ATP. Une deuxième sous-unité, également essentielle car son rôle est de catalyser la formation du radical glycinyle, comporte un cluster [4Fe-4S] chélaté par 3 cystéines, dans une séquence CXXXCXXC, et avec un atome de fer complexé par la S-adénosylméthionine (SAM). Il est maintenant bien établi que cette association conduit, en présence d’une source d’électrons, à la décomposition de la SAM en méthionine, d’une part, et radical 5’-désoxyadénosyle, d’autre part, qui utilise son puissant pouvoir oxydant pour arracher un atome d’hydrogène de la glycine de la RNR pour former le radical glycinyle.

Une découverte récente en enzymologie : la famille des métalloenzymes « Radical-SAM (S-adénosylméthionine) »

7C’est dans la fin des années 1990 que l’on a pu s’apercevoir que la RNR de classe III fonctionnait avec des cofacteurs et des mécanismes chimiques qu’utilisent d’autres systèmes enzymatiques, comme la pyruvate formiate lyase, la lysine aminomutase et la biotine synthase. En fait, la disponibilité d’un nombre croissant de génomes séquencés et l’utilisation de la bioinformatique pour les analyser a conduit à la conclusion de l’existence d’une très grande famille d’enzymes appelée « Radical-SAM » à laquelle ces quelques systèmes « historiques » appartiennent. Tous les membres (plusieurs milliers !) de cette famille possèdent un centre [4Fe-4S] fixé par 3 cystéines de la séquence « signature » CXXXCXXC, nécessitent de la SAM pour fonctionner et font intervenir un radical 5’-désoxyadénosyle pour activer un substrat, petite molécule (comme la déthiobiotine ou la lysine) ou macromolécule (protéine comme la RNR, ADN ou ARN de transfert). Toutes ces enzymes ont également des similitudes structurales frappantes. Ce qui est remarquable est que la même chimie est mise en œuvre pour réaliser des transformations chimiques d’une très grande variété, dans des réactions biosynthétiques et métaboliques nombreuses : biosynthèse de cofacteurs, modification de protéines et d’acides nucléiques, synthèse d’antibiotiques, synthèse d’acides aminés et de sucres, etc. Au cours de cette leçon, les propriétés chimiques de certains membres de cette famille, comme la lysine aminomutase ou l’enzyme ThiH impliquée dans la biosynthèse de la thiamine sont discutées en détail.

Une chimie radicalaire et des centres fer-soufre pour la biosynthèse de produits naturels soufrés

8Le monde vivant contient un très grand nombre de molécules soufrées. À côté de la cystéine et du glutathion, très abondants, on peut avoir des métabolites secondaires, des cofacteurs, comme la biotine ou l’acide lipoique, et également des nucléotides et des acides modifiés au sein, respectivement, d’acides nucléiques et de protéines. En fait, on ne sait que très peu de choses en ce qui concerne la biosynthèse de ces composés, des acteurs et des mécanismes d’insertion d’atomes de soufre dans leurs précurseurs. Ce thème constitue un sujet de recherche très controversé. Dans cette leçon, la question est abordée à partir de résultats récents obtenus avec les méthylthio-transférases : MiaB et MtaB qui catalysent l’incorporation sélective d’un groupe SCH3 en position 2 de l’adénosine d’ARNs de transfert, RimO qui catalyse l’incorporation d’un groupe SCH3 sur la chaîne latérale d’un aspartate d’une protéine ribosomale, à travers la conversion chimiquement difficile d’une liaison C-H en liaison C-S. Cette famille d’enzymes est caractérisée par l’existence de deux clusters [4Fe-4S], dont l’un est typique des protéines « Radical-SAM », servant à initier les réactions par formation d’un radical 5’-désoxyadénosyle utilisé pour activer les substrats en radicaux. Le rôle du second cluster est controversé mais des observations récentes, mécanistiques et structurales, suggèrent que le co-substrat soufré, de type sulfure ou méthyl-sulfure, se fixe sur l’un des atomes de fer de ce cluster pour mieux réagir avec les radicaux intermédiaires. Il est également montré qu’un homologue de MtaB est présent chez l’homme. Il s’agit du produit du gène CDKAL1, qui est un gène de susceptibilité au diabète de type 2. La découverte que CDKAL1 est impliqué dans une modification des ARNs de transfert, notamment à travers l’étude d’une souris KO, a permis de comprendre les mécanismes par lesquels les diabétiques possédant une enzyme CDKAL1 inactive souffrent d’un défaut de sécrétion d’insuline.

Du monde à ARN au monde à ADN, quelle ribonucléotide réductase ?

9Dans cette dernière leçon est présentée la ribonucléotide réductase (RNR) de classe II. Celle-ci, présente chez les bactéries et les archaebactéries, est caractérisée par l’utilisation de l’adénosylcobalamine comme précurseur de radicaux. Ce cofacteur organométallique produit en effet le radical 5’-désoxyadénosyle par rupture de la liaison cobalt-carbone. Il ressort de cette analyse que la RNR de classe II possède de grandes similitudes avec les autres classes de RNR, notamment le mécanisme enzymatique radicalaire, utilisant le radical 5’-désoxyadénosyle pour créer un radical cystéinyle qui active le ribose substrat, l’organisation structurale et la régulation allostérique. Au terme de ce cours, sur la base de la connaissance des 3 classes de RNR présentes chez les organismes vivants actuels, il est possible de discuter de la RNR primitive et du type de chimie responsables de « l’invention de l’ADN » nécessaire au passage du monde à ARN au monde à ADN. Les grandes ressemblances entre les 3 classes de RNR sont en faveur de l’existence d’un ancêtre commun, d’une RNR initiale qui a évolué ensuite en modifiant essentiellement le mécanisme de création de radicaux, radical tyrosinyle grâce à la combinaison oxygène et centre binucléaire de fer pour la classe I, adénosylcobalamine pour la classe II, radical glycinyle grâce à la combinaison S-adenosylméthionine (SAM) et cluster fer-soufre, pour la classe III. Si la classe I est sans aucun doute un produit tardif de l’évolution, notamment en raison de sa dépendance vis-à-vis de l’oxygène de l’air, arrivé sur terre après l’ADN, il est proposé que la RNR primitive soit plutôt proche de la classe III, en raison de son caractère anaérobie, de l’utilisation de cofacteurs simples comme la SAM et un cluster fer-soufre et d’un réducteur, présent très tôt à l’origine de la vie, le formiate.

Séminaires

Le deuxième âge du monde à ARN et l’origine virale des génomes à ADN

27 avril 2011
Patrick Forterre,
professeur à l’université Paris XI

10Les avancées de la biologie moléculaire et de la génomique comparative ces vingt dernières années ont soulevé des problèmes évolutifs qui ne peuvent être abordés que par des approches en partie spéculatives. Il s’agit de produire des scénarios évolutifs plus ou moins crédibles dont l’objectif est de reconstruire une histoire du vivant que l’on espère proche de la réalité historique. Certains scénarios font plus ou moins l’unanimité. Ainsi, il semble bien que les trois types de macromolécules informatives présentes dans le monde vivant soient apparues selon la séquence, ARN–protéines–ADN. Ici est développé l’argument selon lequel la transition du monde à ARN vers le monde actuel a nécessité l’existence de cellules à ARN sophistiquées, capables de synthétiser des protéines complexes (ribonucléotide réductases, transcriptase inverse, thymidylate synthases). Pourquoi ces cellules ont-elles disparu et pourquoi ont-elles été remplacées par des cellules à ADN ? Selon la théorie darwinienne, ce remplacement n’a pu se produire que si une pression de sélection importante a favorisé les premiers organismes contenant de l’ADN (tout d’abord ADN-U, ensuite ADN-T). Selon moi, l’extrême diversité des mécanismes de réplication de l’ADN chez les virus (plasmides) et la répartition atypique des enzymes impliquées dans ces mécanismes le long de l’arbre universel du vivant sont des indices qui permettent de répondre à ces questions tout en proposant un scénario cohérent et explicatif. L’ADN et les mécanismes de sa réplication seraient apparus tout d’abord au sein d’une virosphère ancienne de virus infectant des cellules à ARN.

De l’ancien au nouveau monde à ARN et inversement

Séminaire du 4 mai 2011
Marie-Christine Maurel,
professeur à l’université Pierre et Marie Curie, Paris 6

11L’étude des origines de la vie sur Terre est confrontée à une question cruciale, celle du passage d’une chimie prébiotique complexe à une biologie simple correspondant aux premiers assemblages doués d’évolution darwinienne. La découverte des voies plausibles capables d’assurer cette transition est devenue un challenge majeur en biochimie évolutive. La biologie moléculaire, en mettant en évidence l’extraordinaire diversité de la molécule d’ARN, en particulier ses propriétés catalytiques sous forme de ribozymes, souligne l’existence probable d’un monde ARN passé, monde biochimique qui aurait précédé le monde ADN-ARN-protéines contemporain. Il est cependant très difficile de synthétiser (c’est-à-dire de fabriquer en laboratoire) de l’ARN dans des conditions dites « prébiotiques ». Des systèmes génétiques alternatifs et robustes qui auraient pu servir de matrice à la synthèse des ARN actuels sont à l’étude. Ces premiers motifs ont pu exercer leurs propriétés, génotypique par simple « synthèse dirigée » et phénotypique en raison d’une grande plasticité, et à l’aide de cofacteurs métalliques ou ribonucléotidiques déjà très répandus sur la Terre primitive. Enfin, la localisation spatiale des premiers processus a pu être favorisée par des processus d’encapsulation, ce qui nous permet d’imaginer et de concevoir à l’échelle expérimentale des modèles intégrés de protocellule.

12L’exploration d’une série de motifs d’acides ribonucléiques rencontrés chez certains virus ou dans des viroïdes actuels, capables de s’auto-couper de manière réversible et de façonner ainsi leur propre génome, donne un éclairage nouveau sur ce que furent peut-être les premiers pas de la catalyse biologique. Peut-on considérer ces espèces comme des fossiles d’un ancien monde ARN ? Ces motifs sont-ils capables de résister à des conditions extrêmes de température, de pression, de salinité, conditions qui auraient prévalu aux premiers âges de la vie ?

13Nous retracerons au cours de ce séminaire les principales étapes de l’histoire naturelle du vivant, au niveau moléculaire et à la lumière des données les plus récentes de la chimie prébiotique et de la biologie moléculaire et structurale modernes.

Modification et édition post-transcriptionnelles de l’ARN et ADN : visite guidée

Séminaire du 11 mai 2011
Henri Grosjean,
directeur de recherche (émérite) à l’université de Paris-Sud ; ex-professeur à l’université de Bruxelles (Belgique)

14Des désoxyribo- et ribo-nucléosides chimiquement modifiés et dérivés de l’adénosine, la guanosine, la cytidine, la thymidine ou l’uridine, sont trouvés dans tous les types d’acides nucléiques. À ce jour, 26 nucléosides modifiés (non canoniques) ont été identifiés dans l’ADN et 107 dans l’ARN. Ils sont particulièrement abondants dans les ARN non codants, tels que les ARN de transfert et les ARN de ribosomes, notamment des métazoaires. En augmentant la diversité structurale des acides nucléiques, ils jouent un rôle important pour l’expression des gènes et la régulation fine de diverses fonctions des ARN, notamment de la traduction génétique. Ils contribuent aussi à la stabilité thermique et à la protection des acides nucléiques contre l’action des nucléases ainsi que l’agression des virus. Dans une cellule, le nombre et la diversité des enzymes requises pour modifier sélectivement certains nucléosides des ARN ou ADN, ainsi que pour générer la même modification mais en des sites distincts d’un acide nucléique est très élevée. Le problème est de comprendre : i) quand et pourquoi ces nombreuses enzymes ont émergé et évolué depuis que la vie est apparue sur terre ; ii) où elles sont localisées dans les cellules contemporaines (libres ou associées à d’autres composants cellulaires) et comment elles fonctionnent (mécanisme et spécificité).

  • 1  Pour obtenir des informations générales ou détaillées concernant la découverte, les propriétés bio (...)

15Nous attirons plus spécialement l’attention sur le type et la fonction des nucléosides modifiés qui sont présents dans l’anticodon des ARN de transfert. Certains de ces nucléosides modifiés (et leurs enzymes de modification correspondantes) sont très anciens, alors que d’autres ont émergé plus tardivement au cours de l’évolution. La nécessité d’une traduction génétique en phase et hautement précise au niveau du complexe ribosome-RNA messager, l’introduction progressive des 20+2 acides aminés canoniques et la convergence progressive vers un code génétique quasiment universel, permettant des synergies d’évolution combinatoires entre les différentes espèces des trois domaines de vie, sont parmi les contraintes évolutives les plus importantes1.

Lésion et réparation de l’ADN : la solution « radical »

Séminaire du 18 mai 2010
Mohamed Atta
, directeur de recherches, CEA/Grenoble

16Si la distribution des différents photoproduits induits par les rayonnements UVB et UVC est la même dans l’ADN isolé de la plupart des types de cellules, elle est totalement différente dans les spores bactériens. Ceux-ci sont des formes dormantes de certaines bactéries induites par des conditions de stress comme un manque de nutriments, le manque d’humidité ou l’exposition à certains rayonnements. Les spores sont beaucoup plus résistants que les bactéries végétatives, en particulier aux rayonnements UVB et UVC. Ceci s’explique en partie par la formation d’un photoproduit dimérique particulier constitué d’un pontage entre deux thymines par un des groupements méthyles. Cette lésion, la 5-(a-thyminyl)-5,6-dihydrothymine ou « photoproduit des spores » (SP), est la seule retrouvée dans des spores de Bacillus subtilis exposés au rayonnement UVC. Cette photochimie unique s’explique en partie par la déshydratation du spore. Cependant, c’est surtout la présence en grandes quantités dans la spore de protéines liées à l’ADN (small, acid soluble proteins, SASP) et d’acide dipicolinique (DPA) qui induit cette spécificité. Le lien entre la photorésistance des spores et la formation de SP est sans doute la présence d’une enzyme de réparation très efficace, la spore photoproduct lyase (SPL), qui rompt le lien entre les deux thymines au moment de la germination. La SPL est une métalloenzyme de la grande famille des protéines « Radical-SAM » qui utilise un centre [4Fe-4S] particulier et la S-adénosylméthionine pour produire le radical 5’-désoxyadénosyle responsable de la réparation du SP.

  • 2  Références : Chandor A., Berteau O., Douki T., Gasparutto D., Sanakis Y., Ollagnier-De-Choudens S. (...)

17Au cours du séminaire, nous précisons d’abord les facteurs qui déterminent l’obtention du photoproduit des spores ainsi que son mécanisme de formation puis voyons pourquoi et comment cette lésion est rapidement réparée tout au début de la germination par la SPL2.

Nouvelle chimie pour la modification des protéines et des ARN : des enzymes radicalaires impliquées dans les interactions bactéries/hôte et la résistance aux antibiotiques

Séminaire du 25 mai 2011
Olivier Berteau,
chargé de recherches à l’INRA (UMR 1319 Micalis, Jouy-en-Josas)

18Durant les dix dernières années, une nouvelle famille d’enzymes radicalaires appelées « enzymes SAM radical » a émergée comme impliquée dans une multitude de voies métaboliques souvent essentielles telles que la biosynthèse de vitamines ou de co-facteurs. Initialement identifiées chez certaines espèces bactériennes, les développements de la génomique et de la métagénomique ont démontré la très large distribution de ces enzymes depuis les bactéries et virus jusqu’aux organismes supérieurs incluant l’Homme.

19Si les bases de la réactivité de ces enzymes ont été bien établies et impliquent un centre fer-soufre inhabituel ainsi qu’un co-facteur essentiel, la S-adénosyl-L méthionine (SAM), le nombre de réactions dans lesquelles sont impliquées ces enzymes ne cesse de croître.

20Nous nous sommes particulièrement intéressés aux enzymes « SAM radical » catalysant de nouvelles modifications post-traductionnelles ou la modification de l’ARN ribosomal. Nous avons caractérisé ces enzymes d’un point de vue mécanistique mais également du point de vue fonctionnel.

21Durant ce séminaire, nos travaux récents sont abordés depuis l’étude du mécanisme des ces nouvelles enzymes jusqu’à leurs rôles dans les interactions entre les bactéries commensales et pathogènes et l’Homme.

Recherche

22L’équipe intitulée « Biocatalyse », animée par Marc Fontecave, fait partie du laboratoire de Chimie et biologie des métaux (UMR université Joseph Fourier-CEA-CNRS n° 5249 ; directeur : Stéphane Ménage) localisé au centre du CEA à Grenoble. Elle est constituée actuellement de 9 chercheurs et enseignants-chercheurs permanents (chercheurs CEA : V. Artero, M. Atta ; enseignants-chercheurs : M. Fontecave, C. Gerez ; chercheurs CNRS : E. Mulliez, S. Ollagnier-de-Choudens, F. Pierrel, M. Chavarot-Kerlidou, J. Willison) et 3 personnels ITA (N. Atta, J. Fize, N. Labessan).

Étudiants en thèse : M. Bacchi, S. Arragain , M. Ozeir

Post-doctorants : S. Cobo, C. Tron, E. Andreiadis, G. Berggren

23Les projets de l’équipe « Biocatalyse » concernent l’étude de métalloenzymes à la fois du point de vue de leur structure et de leurs propriétés chimiques (mécanismes réactionnels). Les systèmes sont choisis soit parce qu’ils mettent en œuvre une chimie tout à fait originale (l’équipe s’intéresse en particulier aux enzymes qui font intervenir en les contrôlant des espèces radicalaires très actives), soit parce qu’ils remplissent des fonctions biologiques de toute première importance (synthèse et réparation de l’ADN, modification des ARN de transfert, biosynthèse des centres fer-soufre, biosynthèse de cofacteurs comme l’ubiquinone, etc.), soit, enfin, parce qu’ils peuvent conduire à des applications intéressantes sur le plan de la santé (nouveaux antibactériens, nouveaux antioxydants), de la catalyse (production et oxydation de l’hydrogène) ou de l’environnement (toxicologie nucléaire). Certains de ces systèmes biologiques constituent de fait des sources uniques d’inspiration pour les chimistes de synthèse. Cette approche, biomimétique ou bioinspirée, est en particulier très développée dans le cas des hydrogénases, des enzymes possédant des propriétés catalytiques uniques pour la réduction des protons en hydrogène ou pour l’oxydation de l’hydrogène en eau.

24On peut résumer l’ensemble des activités de l’équipe au cours de l’année 2010-2011 selon les 4 axes de recherche suivants.

Étude d’enzymes fer-soufre

(M. Fontecave, E. Mulliez, M. Atta)

25La famille d’enzymes fer-soufre, appelée « Radical-SAM » (SAM pour S-adenosylmethionine) est impliquée dans un très grand nombre de voies métaboliques et de réactions de biosynthèse chez tous les organismes vivants. Tous ces systèmes procèdent par réductolyse de la SAM, médiée par le centre fer-soufre, formation du radical organique 5’-désoxy-adénosyle (Ado) et activation radicalaire du substrat à transformer.

  • 3  Gambarelli S., Mulliez E., Fontecave M., « Metals in Biology-Applications of High-Resolution EPR t (...)

26Nous nous intéressons plus particulièrement aux systèmes qui catalysent des modifications sélectives de macromolécules comme des ARN de transfert ou des protéines. L’objectif est de comprendre les mécanismes radicalaires de ces réactions complexes et la base moléculaire et structurale de leur extrême sélectivité. Ce domaine a fait l’objet de plusieurs articles de revue parus en 2010 et 20113.

  • 4  Arragain S., Handelman S.K., Forouhar F., Wei F.Y., Tomizawa K., Hunt J.F., Douki T., Fontecave M. (...)

27C’est le cas de l’enzyme bactérienne MtaB, qui catalyse une réaction fascinante de thiométhylation d’une base nucléique d’un ARN de transfert, conduisant à la production du nucléoside modifié ms2t6A. Ce dernier porte un groupe thréonyl-carbamoyle en position 6 et un groupe thiométhyle en position 2. L’enzyme a été caractérisée : elle comporte deux centres [4Fe-4S] absolument essentiels à l’activité4.

  • 5  Wei F.-Y., Suzuki T., Watanabe S., Kimura S., Kaistuka T., Fujimura A., Matsui H., Atta M., Fontec (...)

28Un aspect important de cette recherche est qu’il existe chez l’homme un homologue de YqeV/MtaB, la protéine CDKAL1. Le gène correspondant est connu comme un gène de susceptibilité au diabète de type 2 et de nombreux variants de cDKAL1 conduisent à une prédisposition au diabète. Les résultats obtenus avec l’enzyme bactérienne ont permis pour la première fois d’attribuer une fonction à cette protéine humaine : il s’agit en effet d’une thiométhyltransférase catalysant chez l’homme la production de ms2t6A. L’obtention d’une souris KO a en effet permis de démontrer l’absence de la modification dans les ARN de transfert et d’établir les conséquences sévères qui en découlent : mauvaise lecture du messager de la proinsuline, synthèse aberrante de l’insuline et défaut de sécrétion de l’insuline, intolérance au glucose, etc. Ce travail vient d’être accepté dans le Journal of Clinical Investigation5.

Étude de la maturation des centres métallliques

(C. Tron, M. Fontecave)

  • 6  Nicolet Y., Fontecilla-Camps J., Fontecave M., International Journal of Hydrogen Energy, 35(19), 2 (...)
  • 7  Tron C., Cherrier M.V., Amara P., Martin L., Fauth F., Fraga E., Correard M., Fontecave M., Nicole (...)

29On sait depuis peu que les cellules disposent de machineries protéiques complexes pour la biosynthèse et l’assemblage des centres métalliques au sein de sites actifs d’enzymes. Certaines pathologies sont liées à des déficiences dans ces systèmes essentiels. L’étude de ces complexes protéiques et de leurs mécanismes d’action constituent un sujet prioritaire de l’équipe depuis plusieurs années. Nous nous sommes récemment intéressés plus particulièrement aux systèmes de maturation des hydrogénases à fer, des enzymes aujourd’hui étudiées en raison de leur potentialités comme catalyseurs de production d’hydrogène. Notre travail a conduit récemment à caractériser trois protéines fer-soufre impliquées dans ce processus : HydE, HydF et HydG. Un article de revue (sur invitation) sur ce projet a été publié en 20106. Une étude structurale de ces protéines est engagée, en collaboration avec l’équipe de J. Fontecilla (IBS), qui a conduit en 2008 à la détermination de la structure de HydE. Le projet actuellement porte sur la détermination de la structure de HydG qui est responsable de la synthèse, à partir de la tyrosine, des molécules CO et CN- utilisées par l’hydrogénase comme ligands du fer dans le site actif (voir figure suivante). Des caractérisations structurales et fonctionnelles de HydG préliminaires ont été obtenues7.

Figure 4 : Site actif des hydrogénases à fer

Figure 4 : Site actif des hydrogénases à fer

Étude des modèles chimiques d’hydrogénases : vers la production et l’oxydation de l’hydrogène

(V. Artero, M. Chavarot-Kerlidou, M. Fontecave)

  • 8  Fourmond V., Jacques P.A., Fontecave M., Artero V., Inorganic Chemistry, 49, 2010,10338-10347.
  • 9  Artero V., Fontecave M., Comptes rendus de l’Académie des sciences, 14, 2011, 362-371.
  • 10  Vaccaro L., Artero V., Canaguier S., Fontecave M., Field M.J., Dalton Transactions, 39(12), 2010, (...)
  • 11  Canaguier S., Field M., Oudart Y., Pécaut J., Fontecave M., Artero V., Chem. Commun, 46, 2010, 587 (...)

30Le développement de « l’économie à hydrogène » nécessite en particulier la mise au point de nouveaux catalyseurs pour la production d’hydrogène à partir de l’eau (réduction de protons) et pour l’oxydation de l’hydrogène en eau (piles à combustible). En effet, le platine actuellement utilisé est coûteux et peu abondant. Les organismes vivants qui mettent en œuvre cette chimie utilisent des enzymes remarquablement efficaces, les hydrogénases, des métallo-enzymes à base de fer et de nickel. Le projet de recherche que nous développons consiste à inventer de nouveaux catalyseurs en nous inspirant des sites actifs de ces enzymes, à les insérer dans des matériaux divers y compris protéiques, à en évaluer les propriétés catalytiques pour l’électro-réduction des protons8 et à les utiliser dans des dispositifs pour des applications pratiques (nouvelles électrodes modifiées, nouvelles piles). La logique de cette approche bioinspirée a été récemment expliquée dans un article publié en 20119. Les catalyseurs les plus étudiés au laboratoire récemment sont des complexes binucléaires de type Ni-Ru, Ni-Fe et Ni-Mn10. Nous avons pu en effet préparer le premier complexe Ni-Fe fonctionnel, comportant comme dans le site actif des hydrogénases à NiFe un ion Ni et un ion Fe couplés par des ligands soufrés11 (voir figure suivante).

Figure 5 : Quelques catalyseurs bioinspirés

Figure 5 : Quelques catalyseurs bioinspirés
  • 12  Tran P.D., Artero V., Fontecave M., Energy and Environmental Science, 3(6), 2010, 727-747.
  • 13  Le Goff A., Artero V., Metayé R., Moggia F., Jousselme B., Razavet M., Tran P.D., Palacin S., Font (...)
  • 14  Tran P.D., Le Goff A., Heidkamp J., Jousselme B., Guillet N., Palacin S., Dau H., Fontecave M., Ar (...)

31Les meilleurs catalyseurs moléculaires obtenus sont exploités dans deux directions. D’abord comme matériaux d’électrodes si on arrive à les greffer à la surface d’électrodes sans toucher à leurs propriétés catalytiques. Cette approche se fait selon diverses stratégies que nous avons discutées dans un article de revue12. Concrètement, nous avons pu fixer divers complexes métalliques sur des surfaces de carbone ou sur des nanotubes de carbone, de façon covalente ou non13. Un résultat remarquable est la fixation non covalente d’un complexe de nickel sur des nanotubes de carbone qui fournit un matériau d’électrode capable de catalyser la réduction de l’eau en hydrogène et l’oxydation de l’hydrogène avec une surtension faible et sans inhibition par CO, un inhibiteur classique des catalyseurs à base de Platine dans les piles à combustible14.

  • 15  Artero V., Chavarot-Kerlidou M., Fontecave M., Angew. Chem., 2011 (sous presse) ; Andreiadis E., C (...)

32Une autre exploitation de ces catalyseurs consiste à les intégrer dans des photo-catalyseurs, pour catalyser la photoréduction de l’eau en hydrogène, ainsi que le font des organismes vivants comme les microalgues et les cyanobactéries, afin d’élaborer des photoélectrodes utilisables dans des cellules photoélectrochimiques pour la décomposition de l’eau. Ce travail a été mené au laboratoire essentiellement avec des complexes de cobalt, métal qui semble aujourd’hui le plus approprié dans ce type d’application, comme nous le développons dans plusieurs articles de revue récents15. Ces complexes sont couplés à différents photosensibilisateurs (colorants inorganiques et organiques).

Figure 6 : Catalyseurs moléculaires à base de cobalt de réduction de l’eau en hydrogène. Photosensibilisateurs à base d’Iridium.

Figure 6 : Catalyseurs moléculaires à base de cobalt de réduction de l’eau en hydrogène. Photosensibilisateurs à base d’Iridium.

Étude de la biosynthèse de l’ubiquinone

(F. Pierrel, M. Fontecave)

  • 16  Pierrel F., Hamelin O., Douki T., Kieffer-Jaquinod S., Mühlenhoff U., Ozeir M., Lill R., Fontecave (...)

33Nous nous intéressons à certains aspects de la biosynthèse de l’ubiquinone, encore mal connue aujourd’hui malgré l’importance de ce cofacteur biologique. Il apparaît aujourd’hui que certains gènes de cette biosynthèse sont associés à des pathologies. Les premiers résultats, sur la levure comme modèle, semblent remettre en cause significativement la voie de biosynthèse généralement admise et très conservée chez tous les eucaryotes (voir figure 7). Cette synthèse implique l’intervention de neuf protéines chez la levure, associées en complexe. Nous avons pu montrer récemment que la protéine Coq6 est en fait la mono-oxygénase qui catalyse la première hydroxylation et qu’elle le fait en association avec un système de transfert d’électrons, ferrédoxine/ferrédoxine réductase, à travers un mécanisme original qui est encore mal compris16. L’un des résultats marquants de cette étude est que l’utilisation d’analogues du précurseur 4-HB de l’ubiquinone (figure ci-dessous), présentant un atome d’oxygène en position 5, comme l’acide vanillique ou le 3’4-dihydroxybenzoate, restaurent la biosynthèse d’ubiquinone dans un mutant DCoq6. Ceci laisse espérer que de telles molécules pourraient avoir un rôle thérapeutique chez les patients possédant une enzyme Coq6 inactive.

Figure 7 : Biosynthèse de l’ubiquinone

Figure 7 : Biosynthèse de l’ubiquinone

Conférences et séminaires invités (2010-2011)

2010

34Gordon Research Conference on Protein Cofactors, Radicals and Quinones, Ventura, États-Unis, 24-29 janvier 2010 : « Radical-SAM chemistry in hydrogenase maturation: a novel C-S bond formation mechanism ».

Journées SOL-GEL 2010, Tours, France, 1er-3 février 2010 : « From enzymes to nanocatalysts: the case of hydrogenases ».

Workshop « The artificial Leaf » Leiden, Hollande, 1er-5 février 2010 : « From enzymes to nanocatalysts: the case of hydrogenases ».

Comité national de biochimie, Académie des sciences, Paris, France, 16 février 2010 : « Chimie bioinspirée et hydrogène : des hydrogénases aux électrocatalyseurs de demain ».

Conference « Sustainable Chemistry and related Areas », Rennes, France, 25-26 février 2010 : « Energy Challenges for the 21st Century: Hydrogen and Solar Fuels »

German Priority Program Conference, Leipzig, Allemagne, 8-10 mars : « Iron-Sulfur clusters and radical biocatalysis: applications in the modification of macromolecules ».

Institut français du pétrole, Lyon, France, 15 mars 2010 : « L’hydrogène : de l’eau, du soleil et des catalyseurs : l’approche de la chimie bioinspirée ».

Conférence « Tranversales de Minatec », Grenoble, France, 31 mars 2010 : « Du soleil, de l’eau et des catalyseurs : comment la chimie aborde les défis énergétiques du xxie siècle ».

Journée scientifique de l’UJF, Grenoble, France, 29 avril 2010 : « Chimie des Processus Biologiques : une introduction ».

Académie des sciences, Toulouse, France, 11 mai 2010 : « Production et oxydation catalytiques de l’hydrogène : de la biologie aux nanotechnologies ».

Colloque « Frontiers of chemistry: from molecules to systems », Paris, France, 21 mai 2010 : « From enzymes to nanocatalysts: the case of hydrogenases ».

Journée scientifique de l’UMR 7199, faculté de pharmacie, Illkirch, 27 mai 2010 : « Production et oxydation catalytiques de l’hydrogène : des hydrogénases aux (photo)électro-nanocatalyseurs de demain ».

Colloque « Tomorrow towards a selected chemistry », CPE Lyon, 3-4 juin 2010 : « From enzymes to nanocatalysts: the case of hydrogenases ».

Gordon Conference « Iron Sulfur Enzymes », New London, NH, États-Unis, 6-11 juin 2010 : « Sulfuration of biological macromolecules: new “Radical-SAM” enzymes ».

Workshop « [NiFe] Hydrogenases and [Ni] based biomimics for hydrogen conversion », Berlin, Allemagne, 16-17 juin 2010 : « From enzymes to nanocatalysts: the case of hydrogenases ».

EUROBIC 10, Thessalonique, Grèce, 22-26 juin : « Iron-sulfur Cluster Assembly: sulphur, iron and electrons ».

EUCHEM Bologne Italie, 28 juin-2 juillet, « Iron-sulfur clusters and radical biocatalysis: applications in nucleic acid metabolism ».

15th International Congress on Photosynthesis, Pékin, Chine, 22-27 août 2010 : « Ni-and Co-based molecular catalysts for (photo)cathodes in photoelectrochemical cells ».

Réunion annuelle du Centre franco-indien de synthèse organique, Villard de Lans, France, 14-17 septembre 2010 : « Bioinspired chemistry and hydrogen: from hydrogenases to nano-(photo)electrocatalysts ».

4th International IMBG meeting, Villard de Lans, France, 25-28 septembre 2010 : « Between biology and chemistry : biopinspired catalysis »: « Towards photoelectrochemical water-splitting cells: catalysts and electrodes ».

Trilateral Symposium Académie des Sciences-German National Academy of Sciences Leopoldina-Chinese Academy of Sciences on « Future of sciences, sciences for the future: Chemistry and its interfaces with biology and physics », Paris, France, 7-9 octobre 2010 : « Bioinspired catalysis and chemistry: new catalysts for hydrogen production and oxidation ».

Colloque de rentrée du Collège de France « La mondialisation de la recherche, compétition, coopérations, restructurations », Paris, France, 14-15 octobre 2010 : « Pays émergents, émergence de la recherche et de la coopération : le cas de l’Inde ».

Conférence « Chantiers du savoir », ESPCI, Paris, 3 novembre 2010 : « Chimie bioinspirée et photoélectrolyse de l’eau : des enzymes aux nanocatalyseurs ».

Artificial Photosynthesis workshop, Imperial College, Londres, Grande-Bretagne (12 novembre 2010) : « From molecular catalysts to (photo)cathodes for hydrogen production ».

Centre de biophysique moléculaire, Orléans, 24 novembre 2010 : « Photosynthèse artificielle : synthèse et évaluation de nouveaux (photo)nanocatalyseurs pour la (photo)électrolyse de l’eau ».

Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, Séoul (8 décembre 2010) : « Iron-sulfur clusters and radical biocatalysis: applications in nucleic acid metabolism ».

Korea Center for Artificial Photosynthesis, Sogang University, Séoul, 9 décembre 2010 : « Bioinspired chemistry and hydrogen : from hydrogenases to nano-(photo)electrocatalysts for fuel cells and electrolyzers ».

Institute of Microbiology, Seoul National University, 9 décembre 2010, « Bioinspired chemistry and hydrogen: from hydrogenases to nano-(photo)electrocatalysts for fuel cells and electrolyzers ».

Colloque de lancement du programme Convergence, Université Pierre et Marie Curie, Paris, 15 décembre 2010 : « À la frontière de la chimie et de la biologie : biocatalyse et applications ».

2011

35Research Frontiers in Bioinspired Energy Workshop, Washington, 6-7 janvier 2011 : « Bioinspired chemistry and hydrogen: from hydrogenases to nano-(photo)electrocatalysts ».

Gordon Research Seminar: Renewable energy, solar fuels, Ventura, États-Unis, 15-16 janvier 2011 : « Water splitting with cobalt ».

Collège de France, Paris, 26 janvier 2011 : « Quelles énergies pour demain ? ».

Conférence Géosciences « Quelles énergies pour le xxie siècle », Muséum d’histoire naturelle, Paris, 1er février 2011 : « Des carburants à partir du soleil et de l’eau : la photosynthèse artificielle ».

Professeurs de l’Académie de Versailles, Orsay, 2 février 2011 : « Chimie et biologie. Quelles (nouvelles) frontières ? ».

Forum Horizon Chimie 2011, Maison de la chimie, Paris, 3 février 2011 : « Chimie et défis énergétiques du xxie siècle : des carburants à partir d’eau et de soleil ».

University of Uppsala, Department of Photochemistry and Molecular Science, Uppsala, Suède, 23 février 2011 : « From enzymes to catalysts: new electrode materials for fuel cells and photoelectrolyzers ».

Biomedical Center, Université d’Uppsala, Suède, 24 février 2011 : « Bioinorganic Chemistry, an introduction » (Student Lecture).

Biomedical Center, Université d’Uppsala, Suède, 24 février 2011 : « Iron sulfur clusters and radical biocatalysis: modification of biological macromolecules ».

Université de Stockholm, Dept. of Molecular Biology & Functional Genomics, 28 février 2011 : « Iron sulfur clusters and radical biocatalysis: modification of biological macromolecules ».

Royal Institute of Technology, Stockholm, 1er mars 2011 : « From enzymes to catalysts: new electrode materials for fuel cells and photoelectrolyzers ».

Académie Hassan II des Sciences et Techniques, Rabat, Maroc, 15-17 mars 2011 : « From sun and water to hydrogen: new (photo)catalysts for electrolyzers and fuel cells ».

Journée « ChimInnov », CEA-Grenoble, 19 avril 2011 : « La chimie bioinorganique : métaux et métalloprotéines ».

Société française de physique, Lyon, 20 avril 2011 : «Transfert de radicaux dans les systèmes biologiques ».

Journées de l’Institut de biologie, Collège de France, Paris, 16-17 mai 2011 : « Artificial photosynthesis : from enzymes to nanocatalysts ».

Université de tous les savoirs, Paris, 25 mai 2011 : « Chimie et défis énergétiques du xxie siècle : des carburants à partir d’eau et de soleil ».

Colloque « L’énergie : enjeux socio-économiques et défis technologiques », Collège de France, Paris, 6-7 juin 2011 : « Artificial photosynthesis: from basic concepts to recent developments ».

France-Japan Joint Forum on Chemistry of Functional Organic Chemicals, Strasbourg, 23-25 juin 2011 : « Lessons from Nature: highly selective radical-based chemistry in metabolic and biosynthetic pathways ».

France Japan Coordination Chemistry Symposium, Rennes, 29 juin-2 juillet 2011) : « Bioinspired chemistry: from hydrogenases to catalysts for H2 production ».

International Conference on BioInorganic Chemistry ICBIC 15, Vancouver, Canada, 7-12 août 2011 : « Radical-SAM iron-sulfur enzymes: tRNA and protein modifications ».

Publications

2010

36Vaccaro L., Artero V., Canaguier S., Fontecave M., Field M.J., « Mechanism of Hydrogen Evolution Catalyzed by NiFe Hydrogenases: Insights from a Ni-Ru Model Compound », Dalton Trans, 39, 2010, 3043-3049.

Le Goff A., Moggia F., Debou N., Jegou P., Artero V., Fontecave M., Jousselme B., Palacin S., « Facile and tunable functionalization of carbon nanotube electrodes with ferrocene by covalent coupling and -stacking interactions: application to glucose biosensing », J. Electroanal. Chem., 641, 2010, 57-63.

Nicolet Y., Fontecilla-Camps J., Fontecave M., « Maturation of [FeFe]-hydrogenases: Structures and Mechanisms », Int. J. Hydr. Ener., 35, 2010, 10750-10760.

Le Goff A., Artero V., Metayé R., Moggia F., Jousselme B., Razavet M., Tran Ding P., Palacin S., Fontecave M., « Immobilization of FeFe hydrogenase mimics onto carbon and gold electrodes by controlled aryldiazonium salt reduction: an electrochemical, XPS and ATR-IR study », Int. J. Hydr. Ener., 35, 2010, 10790-10796.

Fontecave M., « Understanding life chemistry as molecules: reductionism against vitalism », Angew. Chem. Int. Ed., 49, 2010, 4016-4019.

Wollers1 S., Layer G., Garcia-Serres R., Signor L., Latour J.-M., Fontecave M., Ollagnier de Choudens S., « Iron-sulfur Cluster Assembly: the SufBCD complex is a new type of Fe-S scaffold with a flavin redox cofactor », J. Biol. Chem., 285, 2010, 23331-23341.

Arragain S., Garcia-Serres R., Blondin G., Douki T., Clemancey M.,.Latour J.-M, Forouhar F., Neely H., Montelione G.T., Hunt J.F., Mulliez E., Fontecave M., Atta M., « Post-translational modification of ribosomal proteins: Structural and functional characterization of RimO from Thermotoga maritima, a Radical-SAM methylthiotransferase », J. Biol. Chem., 285, 2010, 5792-5801.

Gambarelli S., Mulliez E., Fontecave M., « Iron sulfur clusters in “Radical-SAM” enzymes : spectroscopy and coordination », in Hanson G.; Berliner L. (éd.), Metals in Biology-Applications of High-Resolution EPR to Metalloenzymes (Biological Magnetic Resonance, 29), Springer, 2010, 53-82.

Tran P.D., Artero V., Fontecave M., « Water (photo)electrolysis on electrodes engineered using Biological and bioinspired molecular systems », Energy Env. Science, 3, 2010, 727-747.

Pierrel F., Hamelin O., T., Kieffer-Jaquinod S., Mühlenhoff U., Ozeir M., Lill R., Fontecave M., « Involvement of mitochondrial ferredoxin and para-aminobenzoic acid in yeast coenzyme Q biosynthesis », Chemistry and Biology, 17, 2010, 449-459.

Canaguier S., Field M., Oudart Y., Pécaut J., Fontecave M., Artero V., « A structural and functional mimic of the active site of NiFe hydrogenases », Chem. Commun., 46, 2010, 5876-5878.

Arragain S., Handelman S.K., Forouhar F., Wei F-Y., Tomizawa K., Hunt J.F., Douki T., Fontecave M., Mulliez E., Atta M., « Identification of Eukaryotic and Prokaryotic Methylthiotransferase for Biosynthesis of 2-Methylthio-N6-threonylcarbamoyladenosine in tRNA », J. Biol. Chem., 285, 2010, 28425-28433.

Fantino J.-R., Py B., Fontecave M., Barras F., « A genetic analysis of the response of Escherichia coli to cobalt stress », Environ. Microbiol., 12, 2010, 2846-2857.

Fourmond V., Jacques P.-A., Fontecave M., Artero V., « H2 evolution and molecular electrocatalysts: Determination of overpotentials and effect of homoconjugation », Inorg. Chem., 49, 2010, 10338-10347.

Fontecave M., « Catalytic transfer of chiral information from an organic compound to a coordination complex », ChemCatChem, 2, 2010, 1533-1534.

Atta M., Mulliez E., Arragain S., Forouhar F., Hunt J.F., Fontecave M., « S-Adenosylmethionine-dependent radical-based modification of biological macromolecules », Curr. Op. Struct. Biol., 2010, 20, 684-692.

2011

37Fontecave M., Artero V., « Bioinspired Catalysis at the crossroads between Biology and Chemistry: a remarkable example of an electrocatalytic material mimicking hydrogenases », Comptes rendus de l’Académie des sciences, 14, 2011, 362-371.

Canaguier S., Fontecave M., Artero V., « Pentamethylcyclopentadienyl ruthenium-nickel H2-evolving electrocatalysts as biomimicks of NiFe hydrogenases », Eur. J. Inorg. Chem., 2011, 1094-1099.

Léger A., Fontecave M., Labeyrie A., Samuel B., « Is the presence of oxygen on an exoplanet a reliable biomarker ? », Astrobiology, 11, 2011, 335-341.

Tran P.D., Le Goff A., Heidkamp J., Jousselme B., Guillet N., Palacin S., Dau H., Fontecave M., Artero V., « CO-tolerant Catalysts for H2 Evolution and Uptake from Noncovalent Modification of Carbon Nanotubes by Pyrene-functionalized Ni complexes », Angew. Chem., 50, 2011, 1371-1374.

Tron C., Cherrier M.V., Amara P., Martin L., Fauth F., Fraga E., Correard M., Fontecave M., Nicolet Y., Fontecilla-Camps J.C., « Further Characterization of the [FeFe]-Hydrogenase Maturase HydG », Eur. J. Inorg. Chem., 2011,1121-1127.

Fourmond V., Canaguier S., Golly B., Field M.J., Fontecave M., Artero V., « A Nickel-Manganese Catalyst as a Biomimic of the active site of NiFe hydrogenases: a Combined Electrocatalytical and DFT Mechanistic Study », Energy Env. Science, 4, 2011, 2417-2427.

Artero V., Chavarot-Kerlidou M., Fontecave M., « Splitting Water with Cobalt », Angew. Chem., 50, 2011, 7238-7266.

Wei F.-Y., Suzuki T., Watanabe S., Kimura S., Kaistuka T., Fujimura A., Matsui H., Atta M., Fontecave M., Yamagata K., Suzuki T., Tomizawa K., « Functional loss of Cdkal1, a novel enzyme for tRNA modification, causes the development of type 2 diabetes », J. Clin. Invest., 2011 (sous presse).

Andreiadis E., Chavarot-Kerlidou M., Fontecave M., Artero V., « Artificial photosynthesis: from molecular catalysts for light-driven water splitting to photoelectrochemical cells », Photochem. Photobiol., 2011 (sous presse).

Ozeir M., Mühlenhoff U., Lill R., Fontecave M., Pierrel F., « Coenzyme Q biosynthesis: Coq6 catalyzes the C5-hydroxylation reaction and substrate analogues rescue Coq6 deficiency », Chemistry and Biology, 2011 (sous presse).

Fontecave M., « Methylations: a radical mechanism », Chemistry and Biology, 18, 2011, 559-561.

Artero V., Fontecave M., « Light-Driven Bioinspired Water Splitting: Recent Developments in photoelectrode materials », Comptes rendus de l’Académie des sciences, 2011 (sous presse).

Brevets

2010

38« Nouveaux ligands pour métaux », Jacques P.-A., Artero V., Fontecave M., Leyris A., Matheron M. : Dépôt en France N° E.N.10 53019 en date du 20/04/2010.

2011

39« Nanofil électroconducteur biodégradable et biocompatible, son procédé de fabrication et ses utilisations » : Forge V., Horvath C., Fontecave M.

« Flavin nucleic acid ligand conjugates », Giovanangelli C., Simon P., Fontecave M.

Thèses soutenues en 2010

40Romain Métayé (directeur de thèse M. Fontecave) : « Vers une photoproduction d’hydrogène par des catalyseurs immobilisés bio-inspirés », thèse soutenue le 13 décembre 2010.

Haut de page

Notes

1  Pour obtenir des informations générales ou détaillées concernant la découverte, les propriétés biochimiques et physiques des enzymes de modification et édition des acides nucléiques (ADN ou ARN) identifiés jusqu’à présent, le lecteur peut se référer à plusieurs chapitres écrit (en anglais) par des spécialistes dans les livres suivants : Grosjean H. (éd), DNA and RNA modification Enzymes : Structure, Mechanism, Function and Evolution, Austin (Texas), Landes Bioscience, 2009 (http://www.landesbioscience.com/curiechapter/4181/) ; Grosjean H. (éd), Fine-Tuning of RNA Functions by Modification and Editing, Berlin-Heidelberg, Springer-Verlag, 2005 (http://www.springerlink.com/content/?k=RNA+Modification+Editing) ; Grosjean H. et Benne R.(éd.), Modification and Editing of RNA, Washington-DC, ASM Press, 1998 ; Grosjean H., de Crécy-Lagard V. et Marck C., « Deciphering synonymous codons in the three domains of Life: Co-evolution with specific tRNA modification enzymes », FEBS Letters, a special issue on tRNA, 584, 2010, 252-264.

2  Références : Chandor A., Berteau O., Douki T., Gasparutto D., Sanakis Y., Ollagnier-De-Choudens S., Atta M. et Fontecave M., J. Biol. Chem., 281(37), 2006, 26922-26931 ; Chandor-Proust A., Berteau O., Douki T., Gasparutto D., Ollagnier-De-Choudens S., Fontecave M. et Atta M., J. Biol. Chem., 283(52), 2008, 36361-36368 ; Mantel C., Chandor A., Gasparutto D., Douki T., Atta M., Fontecave M., Bayle P.A., Mouesca J.M. et Bardet M., J. Am. Chem. Soc., 13(50), 2008, 16978-16984 ; Lin G.J. et Li L., « Angewandte Chemie-International Edition », 49(51), 2010, 9926-9929.

3  Gambarelli S., Mulliez E., Fontecave M., « Metals in Biology-Applications of High-Resolution EPR to Metalloenzymes » in Hanson, Graeme ; Berliner, Lawrence (éd.), Biological Magnetic Resonance, 29, 2010, 53-75 ; Atta M., Mulliez E., Arragain S., Forouhar F., Hunt J.F., Fontecave M., Current Opinion in Structural Biology, 2010, 20(6),  684-692 ; Fontecave M., Chemistry and Biology, 18, 2011, 559-561.

4  Arragain S., Handelman S.K., Forouhar F., Wei F.Y., Tomizawa K., Hunt J.F., Douki T., Fontecave M., Mulliez E., Atta M., Journal of Biological Chemistry, 285(37), 2010, 28425-28433.

5  Wei F.-Y., Suzuki T., Watanabe S., Kimura S., Kaistuka T., Fujimura A., Matsui H., Atta M., Fontecave M., Yamagata K., Suzuki T., Tomizawa K., J. Clin. Invest., 2011 (sous presse).

6  Nicolet Y., Fontecilla-Camps J., Fontecave M., International Journal of Hydrogen Energy, 35(19), 2010, 10750-10760.

7  Tron C., Cherrier M.V., Amara P., Martin L., Fauth F., Fraga E., Correard M., Fontecave M., Nicolet Y., Fontecilla-Camps J.C., Eur. J. Inorg. Chem., 2011,1121-1127.

8  Fourmond V., Jacques P.A., Fontecave M., Artero V., Inorganic Chemistry, 49, 2010,10338-10347.

9  Artero V., Fontecave M., Comptes rendus de l’Académie des sciences, 14, 2011, 362-371.

10  Vaccaro L., Artero V., Canaguier S., Fontecave M., Field M.J., Dalton Transactions, 39(12), 2010, 3043-3049 ; Canaguier S., Fontecave M., Artero V., Eur. J. Inorg. Chem., 2011, 1094-1099 ; Fourmond V., Canaguier S., Golly B., Field M.J., Fontecave M., Artero V., Energy Env. Science, 2011 (sous presse).

11  Canaguier S., Field M., Oudart Y., Pécaut J., Fontecave M., Artero V., Chem. Commun, 46, 2010, 5876-5878.

12  Tran P.D., Artero V., Fontecave M., Energy and Environmental Science, 3(6), 2010, 727-747.

13  Le Goff A., Artero V., Metayé R., Moggia F., Jousselme B., Razavet M., Tran P.D., Palacin S., Fontecave M., International Journal of Hydrogen Energy, 35(19), 2010, 10790-10796 ; Le Goff A., Moggia F., Debou N., Jegou P., Artero V., Fontecave M., Jousselme B., Palacin S., Journal of Electroanalytical Chemistry, 641(1-2), 2010, 57-63.

14  Tran P.D., Le Goff A., Heidkamp J., Jousselme B., Guillet N., Palacin S., Dau H., Fontecave M., Artero V., Angew. Chem., 50, 2011, 1371 –1374.

15  Artero V., Chavarot-Kerlidou M., Fontecave M., Angew. Chem., 2011 (sous presse) ; Andreiadis E., Chavarot-Kerlidou M., Fontecave M., Artero V., Photochem. Photobiol., 2011 (sous presse).

16  Pierrel F., Hamelin O., Douki T., Kieffer-Jaquinod S., Mühlenhoff U., Ozeir M., Lill R., Fontecave M., Chemistry and Biology, 17, 2010, 449-459 ; Ozeir M., Mühlenhoff U., Lill R., Fontecave M., Pierrel F., Chemistry and Biology, 2011 (sous presse).

Haut de page

Table des illustrations

URL http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/docannexe/image/1386/img-1.png
Fichier image/png, 293k
URL http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/docannexe/image/1386/img-2.png
Fichier image/png, 72k
URL http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/docannexe/image/1386/img-3.png
Fichier image/png, 46k
Titre Figure 4 : Site actif des hydrogénases à fer
URL http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/docannexe/image/1386/img-4.png
Fichier image/png, 35k
Titre Figure 5 : Quelques catalyseurs bioinspirés
URL http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/docannexe/image/1386/img-5.png
Fichier image/png, 113k
Titre Figure 6 : Catalyseurs moléculaires à base de cobalt de réduction de l’eau en hydrogène. Photosensibilisateurs à base d’Iridium.
URL http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/docannexe/image/1386/img-6.png
Fichier image/png, 67k
Titre Figure 7 : Biosynthèse de l’ubiquinone
URL http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/docannexe/image/1386/img-7.png
Fichier image/png, 84k
Haut de page

Pour citer cet article

Référence papier

Cours et travaux du Collège de France. Annuaire 111e année, Collège de France, Paris, avril 2012, p. 211-230. ISBN 978-2-7226-0156-7

Référence électronique

Marc Fontecave, « Chimie des processus biologiques », L’annuaire du Collège de France [En ligne], 111 | 2012, mis en ligne le 22 novembre 2013, consulté le 24 février 2018. URL : http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/1386

Haut de page

Auteur

Marc Fontecave

Professeur au Collège de France

Articles du même auteur

Haut de page

Droits d’auteur

Collège de France

Haut de page