Conclusions du chapitre sur l’anhydrase carbonique

Ce chapitre a montré que les anhydrases carboniques étaient des enzymes dont le mécanisme catalytique avait très largement été étudié. Une étude supplémentaire du mécanisme, dans cette thèse, aurait été superflue. Un 1^er objectif de ce chapitre, atteint avec succès, a donc été de mettre au point un test simple permettant de vérifier l’activité catalytique de l’anhydrase carbonique commerciale achetée, dans l’hydratation du CO2. Ce test par bullage de CO2 dans un milieu aqueux contenant l’enzyme, simule un processus de captage du CO2, puisqu’il est dynamique, sous pression et débit constant, dans un milieu aqueux initialement non saturé en CO2. Il diffère ainsi des procédés tels qu’utilisés dans les méthodes dérivées de Wilbur et Anderson pour étudier les mécanismes catalytiques, où l’on part de milieux aqueux initialement équilibrés à saturation en CO2. Ces tests ont montré que notre enzyme commerciale était active à une température de 22°C, même par bullage de CO2 sous une pression de 1 atm, et restait active à 33°C. Des tests réguliers, ont montré ultérieurement que cette activité n’évoluait pas de manière importante, d’une part lors d’un stockage de quelques mois à 4°C, d’autre part dans des lots successifs. Par ailleurs, lorsqu’un

paramètre a été balayé dans les études effectuées (tampon: sa nature et sa molarité, concentration en enzyme, etc…), une préparation unique d’enzyme a été utilisée à chaque fois en un court temps (quelques jours). La stabilité de cette activité est peut être à relier au fait que l’analyse du produit commercial effectuée par électrophorèse à l’Université de Paris V - René Descartes, a montré qu’il s’agissait d’un produit relativement pur en enzyme.

Une caractéristique originale de la réaction catalysée par l’enzyme, c'est-à-dire la déprotonation d’espèces CO2(aq) en solution aqueuse pour former des ions H⁺ et HCO3^-, est que l’eau pure elle-même est active. De plus, la thermodynamique impose d’ajouter un tampon pour se situer à un pH supérieur au pKa1 de cet équilibre de déprotonation. Or le composant basique de tout tampon est lui-même un catalyseur de la même réaction. De sorte qu’il n’est pas possible de mesurer directement une activité « intrinsèque » de l’enzyme, qui soit indépendante des catalyseurs concurrents. Le résultat des tests catalytiques dépend du milieu concurrent aqueux environnant, ce qui a bien été mis en valeur dans les modèles cinétiques les plus élaborés, de Larachi ²⁴ et de Rowlett et Silvermann ²⁵ (Section 2.1.3c) et qui reflètent le mieux les expériences publiées. Les questions de tampon ont donc constitué un sujet essentiel dans les chapitres suivants, aussi bien dans les études préliminaires en milieu aqueux (Chapitre 3), que sur membranes liquides minces (Chapitre 4) et sur membranes sol-gel minces (Chapitre 5).

2.4. Références bibliographiques

[1] Adler L., Brundell J., Falkbring S.O., Nyman P.O., (1972). “Carbonic anhydrase from Neisseria sicca, strain 6021 I. Bacterial growth and purification of the enzyme”, Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Enzymology 284(1): 298-310

[2] Webb E.C., “Enzyme Nomenclature”. Edité par Academic Press. 1992. p. 862. ISBN 0-12-227164-5 (hardback), 0-12-227165-3 (paperback). Avec Supplément 1 (1993), Supplément 2 (1994), Supplément 3 (1995), Supplément 4 (1997) et Supplément 5 (dans respectivement Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB), (1994). European Journal of Biochemistry 223(1): 1-5 ; Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB), (1995). European Journal of Biochemistry 232(1): 1-6 ; Nomenclature

Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB), (1996). European Journal of Biochemistry 237:1-5 ; Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB), (1997). European Journal of Biochemistry 250: 1-6 ; et Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB), (1999). European Journal of Biochemistry 264: 610-650)

[3] Karp G., Bouharmont J., “Biologie Cellulaire et moléculaire”. Edité par De Boeck. 2004. P. 0-850. ISBN 978-2-8041-6011-1

[4] Voet D., Voet J.G., Rousseau G., “Biochimie”. Edité par De Boeck Université. 2005. P. 0-1600. ISBN 2-8041-4795-9

[5] Audigié C., Zonszain F., “Biochimie métabolique”. Edité par Impr. Maisonneuve. 1993. P. 0-259. ISBN 2-7040-0715-2

[6] Garrett R.H., Grisham C.M., “Biochimie”. Edité par De Boeck. 2000. P. 0-1254. ISBbN 978-2-7445-0020-6

[7] Supuran C.T., Scozzafava A., (2007). “Carbonic anhydrases as targets for medicinal chemistry”, Bioorganic and Medicinal Chemistry 15(13): 4336-4350

[8] Gay-Lussac J.L., Arago F., “Annales de chimie et de physique tome 53”. Edité par Crochard. 1833. P. 0-452.

[9] Brown A.J., (1902). “Enzyme action”, Journal of the Chemistry Society (Transitions) 81: 373-388

[10] Henri V., (1902). “Théorie générale de l’action de quelques diastases”, Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Paris 135: 916-919

[11] Cornish-Bowden A., Jamin M., Saks V., “Cinétique enzymatique". Edité par EDP Sciences. 2005. p. 0-420. ISBN 2-86883-742-5

[12] Meldrum N., Roughton F.J.W., (1933). "Carbonic anhydrase: Its preparation and properties", Journal of physiology 80: 113-142

[13] Keilin D., Mann T., (1940). "Carbonic anhydrase. Purification and nature of the enzyme", Biochemical Journal 34: 1163-1176

[14] Guilloton M.B., Korte J.J., Lamblin A.F., Fuchs J.A., Anderson P.M., (1992). "Carbonic anhydrase in Escherichia coli, a product of the cyn operon", The journal of biological chemistry 267: 3731-3734

[15] Lindskog S., (1997). “Structure and mechanism of carbonic anhydrase”, Pharmacology and Therapeutics 74: 1-20

[16] Rickli E.E., Ghazanfar S.A.S., Gibbons H., Edsall J.T., (1964). “Carbonic anhydrase from Human Erythrocytes”, The journal of biological chemistry 239: 1065-1078

[17] Miscione G.P., Stenta M., Spinelli D., Anders E., Bottoni A., (2007). “New computational evidence for the catalytic mechanism of carbonic anhydrase”, Theoretical Chemistry Accounts 118: 193-201

[18] Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L., “Biochemistry 5th edition." Edité par W.H. Freeman and Campany. 2002. p. 0-1100. ISBN 0716746840

[19] Lindskog S., Coleman J.E., (1973). "Catalytic Mechanism of Carbonic-Anhydrase", Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 70(9): 2505-2508

[20] Wilbur K.M., Anderson N.G., (1948). "Electrometric and Colorimetric Determination of Carbonic Anhydrase", Journal of Biological Chemistry 176(1): 147-154

[21] Mirjafari P., Asghari K., Mahinpey N. (2007). “Investigating the Application of Enzyme Carbonic Anhydrase for CO2 Sequestration Purposes”, Industrial & Engineering Chemistry Research 46: 921-926

[22] Bond G.M., Stringer J., Brandvold D.K., Simsek F.A., Medina M.G., Egeland G., (2001). "Development of integrated system for biomimetic CO₂ sequestration using the enzyme carbonic anhydrase", Energy & Fuels 15(2): 309-316

[23] Ozdemir E., (2009). "Biomimetic CO2 Sequestration: 1. Immobilization of Carbonic Anhydrase within Polyurethane Foam", Energy & Fuels 23: 5725-5730

[24] Larachi F., (2010). ”Kinetic Model for the Reversible Hydration of Carbon Dioxide Catalyzed by Human Carbonic Anhydrase II”, Industrial & Engineering Chemistry Research

49: 9095-9104

[25] Rowlett R. S., Silverman D. N., (1982). “Kinetics of the protonation of buffer and hydration of CO2 catalyzed by human carbonic anhydrase II”, Journal of the American Chemical Society 104: 6737-6741

[26] Domsic J.F., McKenna R., (2010). "Sequestration of carbon dioxide by the hydrophobic pocket of the carbonic anhydrases", Biochimica et biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics 1804(2): 326-331

[27] Supuran C.T., (2008). “Carbonic anhydrases – an overview”, Current Pharmaceutical Design 7: 603-614

[28] Supuran C.T., (2008). "Carbonic anhydrase inhibitors: possible anticancer drugs with a novel mechanism of action", Drug Development Research 69: 297-303

[29] Whitford D., “Proteines: structure and function”. Edité par John Wiley & Sons. 2005. p. 0-528. ISBN 2111100469470

[30] Ghannam A.F., Tsen W., Rowlett R.S., (1986). “Activation parameters for the carbonic anhydrase II- catalyzed hydration of CO₂”, The journal of biological chemistry 261(3): 1164-1169

[31] Thorslund A., Lindskog S. (1967). “Studies of the esterase activity and the anion inhibition of bovine zinc and cobalt carbonic anhydrases”, European Journal Biochemistry 3: 117-123

[32] Innocenti A., Scozzafava A., Parkkila S., Puccetti L., De Simonee G., Supuran C.T. (2008). “Investigations of the esterase, phosphatase, and sulfatase activities of the cytosolic mammalian carbonic anhydrase isoforms I, II, and XIII with 4-nitrophenyl esters as substrates”, Bioinorganic & Medicinal Chemistry Letters 18: 2267-2271

[33] Kanbar B., (2008). "Enzymatic CO2 sequestration by carbonic anhydrase" Th. Doct.: Biotechnology: Izmir: 55

[34] Sheldon R.A., (2007). “Enzyme immobilization: the quest for optimum performance”, Advanced Synthesis & Catalysis 349: 1289-1307

[35] Brinkman R., (1933). “The occurrence of carbonic anhydrase in lower marine animals”, The journal of physiology 80: 171-173

[36] Philpot F.J., Philpot J.S.L., (1936). “CCCVI. A modified colorimetric estimation of carbonic anhydrase”, 2191-2193

[37] Karout A., Chopard C., Pierre A.C., (2007). "Immobilization of a lipoxygenase in silica gels for application in aqueous media" Journal of molecular catalysis B: Enzymatic 44: 117-127

[38] Maury S., Buisson P., Perrard P., Pierre A.C., (2005). "Compared esterification kinetics of the lipase from Burkholderia cepaciaeither free or encapsulated in a silica aerogel”, Journal of molecular catalysis B: Enzymatic 32: 193-203

[39] Karout A., Pierre A.C., (2007). "Silica xerogels and aerogels synthesized with ionic liquids”, Journal of non-crystalline solids 353: 2900-2902

[40] Ge J., Cowan R.M., Tu C., McGregor M.L., Trachtenberg M.C., (2002). “Enzyme-based CO2 capture for advanced life support”, Life support and biosphere Science 8: 181-189