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Chimie et Physico-chimie appliquées

Un modèle pour deux (enzymes)

La production de biocarburants à partir de biomasse lignocellulosique nécessite une étape d’hydrolyse de la cellulose, principal polymère de glucose des végétaux.

Cette transformation catalytique est obtenue via une cascade d’enzymes (cellulases), capable de dépolymériser la cellulose et de libérer les monomères de glucose, lesquels sont ensuite fermentés par les levures pour produire de l’éthanol.

Au sein du cocktail de cellulases, produit par le champignon Trichoderma reesei, figure une enzyme clé : la β-glucosidase. Elle intervient en fin d’hydrolyse pour convertir le cellobiose, dimère de glucose et principal inhibiteur des cellulases. Cette enzyme est cependant produite en quantité limitée par T. reesei et il est souvent nécessaire de la compléter par des lots commerciaux de β-glucosidases, enzymes industrielles produites par un autre champignon, de type Aspergillus niger.

Pour évaluer l’impact de cette complémentation en β-glucosidase, une comparaison des deux enzymes fongiques était nécessaire. La difficulté majeure consistait à purifier la β-glucosidase de T. reesei, ne représentant que quelques pour-cent du cocktail de T. reesei. Les chercheurs d’IFPEN ont donc exploité la capacité des autres cellulases à se fixer sur la cellulose pour les éliminer.

Ceci a permis d’obtenir une β-glucosidase pure à 95 %, après une seule étape de séparation par chromatographie FPLC (Fast Protein liquid chromatography).

La mise au point d’un outil de mesures d’activités en microplaques a ensuite servi pour comparer les propriétés physico-chimiques des deux enzymes en utilisant de très faibles quantités.

Les résultats ont montré une thermo-stabilité et une température optimale d’activité qui sont identiques pour les deux enzymes.

En revanche, l’enzyme d’A. niger présente une plus faible activité spécifique et une plus grande sensibilité au glucose.

L’ensemble de ces données a permis de valider un modèle cinétique commun, aujourd’hui intégré dans un modèle plus global d’hydrolyse enzymatique de la biomasse.

 

Contact scientifique : nicolas.lopes-ferreira@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 17 - Juillet 2014

Publication

  • M. Chauve, H. Mathis, D. Huc, D. Casanave, F. Monot, N. Lopes Ferreira. Comparative kinetic analysis of two fungal beta-glucosidases. Biotechnol Biofuels, 2010, 3(1): 3
    >> DOI: 10.1186/1754-6834-3-3

 

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