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Les plantes peuvent faire beaucoup de choses étonnantes. Parmi leurs talents, ils peuvent fabriquer des composés qui les aident à repousser les parasites, à attirer les pollinisateurs, à soigner les infections et à se protéger des températures excessives, de la sécheresse et des autres risques environnementaux.

Une enzyme clé pour créé des produits chimiques

Des chercheurs du Salk Institute, qui étudient comment les plantes ont développé leurs capacités de fabrication de produits chimiques naturels, ont découvert comment une enzyme appelée chalcone isomérase avait évolué pour permettre aux plantes de fabriquer des produits essentiels à leur survie. Les chercheurs espèrent que ces connaissances guideront la fabrication de produits bénéfiques pour l’homme, y compris les médicaments et les cultures améliorées.
«Depuis que les plantes terrestres sont apparues sur Terre il y a environ 450 millions d’années, elles ont développé un système métabolique sophistiqué pour transformer le dioxyde de carbone de l’atmosphère en une myriade de produits chimiques naturels dans leurs racines, leurs pousses et leurs graines», déclare le professeur Joseph Noelm auteur principal de cette étude. «C’est le point culminant du travail que nous effectuons dans mon laboratoire depuis 20 ans pour essayer de comprendre l’évolution chimique des plantes. »

La chalcone isomérase agit comme un catalyseur pour accélérer les réactions chimiques 

Une enzyme, la chalcone isomérase agit comme un catalyseur pour accélérer les réactions chimiques chez les plantes. Cela permet également de s’assurer que les produits chimiques fabriqués dans la plante ont la forme appropriée, car les molécules ayant la même formule chimique peuvent prendre deux variations différentes qui sont des images inversées l’une de l’autre (appelées isomères).
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé plusieurs techniques de biologie structurale pour étudier la forme unique de l’enzyme et son évolution au fur et à mesure de son interaction avec d’autres molécules. Ils ont identifié la partie de la structure de la chalcone isomérase qui lui permet de catalyser des réactions rapidement tout en garantissant la fabrication de l’isomère biologiquement actif approprié. Ces réactions entraînent de nombreuses activités chez les plantes, notamment la conversion de métabolites primaires tels que la phénylalanine et la tyrosine en molécules spécialisées essentielles appelées flavonoïdes.

L’arginine joue un rôle clé dans la catalyse des réactions de la chalcone isomérase

Il s’est avéré qu’un acide aminé particulier, l’arginine, était l’un des nombreux acides aminés liés ensemble dans la chalcone isomérase façonné par l’évolution, qui lui permet de jouer un rôle clé dans la catalyse des réactions de la chalcone isomérase. «En faisant des études structurelles et en la modélisant sur des ordinateurs, nous avons pu voir les positions très précises de l’arginine dans le site actif de l’enzyme au fur et à mesure de l’évolution de la réaction», explique le premier auteur, Jason Burke, ancien chercheur postdoctoral du laboratoire de Noel.
Burke ajoute que ce type de catalyseur a longtemps été recherché par les chimistes organiques. «C’est un exemple de la nature qui résout déjà un problème que les chimistes étudient depuis longtemps», ajoute-t-il.

Des connaissances fondamentales pour pouvoir concevoir des systèmes moléculaires

« En comprenant la chalcone isomérase, nous pouvons créer un nouvel ensemble d’outils que les chimistes pourront utiliser pour les réactions qu’ils étudient », explique Noel. «Il est absolument essentiel de disposer de ce type de connaissances fondamentales pour pouvoir concevoir des systèmes moléculaires capables de mener à bien une tâche particulière, même dans la prochaine génération de cultures sur le plan nutritionnel, qui seront capables de transformer le dioxyde de carbone, gaz à effet de serre, en molécules essentielles à la vie.»
Cette étude a été publiée dans ACS Catalysis.
Source : Salk Institute for Biological Studies
Crédit photo : Pixabay