Énergie

Des enzymes pour mieux produire de l’hydrogène

La production d’hydrogène par électrolyse de l’eau et son exploitation  comme carburant offre des perspectives intéressantes pour le stockage des énergies.
Mais, ces techniques performantes et prometteuses nécessitent l’utilisation de catalyseurs à base de métaux nobles, chers et peu abondants, comme le platine.

Des solutions alternatives moins onéreuses doivent être recherchées. Elles peuvent être trouvées grâce à des
microorganismes, notamment des micro-algues, qui peuvent produire de l’hydrogène ou utiliser l’hydrogène comme source d’énergie pour alimenter leur métabolisme. Ils utilisent comme catalyseur des métallo enzymes, à base de métaux abondants comme le fer.

Ces métallo enzymes, les hydrogénases, représentent des alternatives naturelles au platine pour l’élaboration de bio électrolyseurs ou de biopiles à combustible de plus en plus efficaces.
Des chercheurs du CEA, du Collège de France, du CNRS et de l’université Joseph Fourier à Grenoble membres du Labex ARCANE ont mis  au point un réactif capable de transformer, in vitro et avec une grande efficacité, une hydrogénase inactive en une hydrogénase totalement active.

Ce réactif est constitué d’un complexe biomimétique de synthèse (un petit cluster de fer analogue du site actif) et d’une protéine qui le stabilise. Il peut réagir avec l’hydrogénase inactive en lui transférant la partie biomimétique synthétique. La structure de cette dernière est suffisamment proche du site actif naturel pour qu’elle confère à l’enzyme  reconstituée sa puissance catalytique naturelle.

De formidables perspectives

Cette activation des hydrogénases ouvre de formidables perspectives. Ces résultats permettront de mieux comprendre l’impact de l’environnement protéique sur la réactivité du site actif de l’enzyme.

Ces nouvelles données faciliteront l’exploration de la biodiversité des hydrogénases, à la recherche de l’enzyme la plus efficace et la plus stable pour des utilisations technologiques.
Ce procédé pourrait à terme permettre, via la synthèse d’analogues de sites actifs diversifiés, «d’inventer» de nouvelles enzymes, des hydrogénases artificielles. Autant de nouveaux catalyseurs potentiels pour les piles à combustibles de demain ou pour la production d’hydrogène à partir d’énergies renouvelables.

Référence:

1 Laboratoire de chimie et de biologie des métaux (unité mixte CEA/CNRS/Université Joseph Fourier) – IRTSV (Institut de recherches en technologie et sciences pour le vivant) – INAC (Institut nanosciences et cryogénie).

2 En collaboration avec l’Institut Max Planck de Mülheim pour la Conversion Chimique de l’Energie et l’université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne.
3 Le Labex ARCANE est un laboratoire d’excellence dans le domaine de la chimie durable au service de la santé et des énergies renouvelables qui réunit l’ensemble des acteurs signataires de cette publication.
4 Hydrogénase à laquelle il manque le site actif, on parle d’apo-hydrogénase.

“Biomimetic assembly and activation of [FeFe]-hydrogenases” G. Berggren, A. Adamska, C. Lambertz, T. Simmons, J. Esselborn, M. Atta, S. Gambarelli, JM Mouesca, E. Reijerse, W. Lubitz, T. Happe, V.Artero, M. Fontecave.

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