Un pendule protéique explique la rapidité des enzymes à hydrogène

Une seule histidine suffit à déterminer si une enzyme fonctionne à plein régime ou ralentit presque jusqu'à l'arrêt. Dans une étude en laboratoire publiée le 17 octobre 2026, une équipe de l'université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, a montré comment une classe d'enzymes microbiennes transfère les protons si vite qu'elle peut produire de l'hydrogène à des taux élevés. Chacun de ces biocatalyseurs peut capter près de 10 000 protons par seconde.

Les enzymes en question sont les [FeFe]-hydrogénases. Le zinc est présent naturellement dans de nombreux biocatalyseurs, où il facilite la réaction, mais ce même métal peut aussi les mettre à l'arrêt. Le Dr Jifu Duan explique que le zinc se fixe sur les acides aminés de l'enzyme et peut la bloquer, ou s'attacher à des sites nécessaires à la fixation des protons. L'équipe a constaté que, bien que le zinc se fixe à plusieurs endroits de ces enzymes, un seul point précis provoque l'inhibition. Ce site se trouve juste à côté de la voie de transport des protons déjà connue chez les hydrogénases.

Les chercheurs ont ensuite identifié les deux histidines que le zinc et d'autres ions métalliques bloquent, toutes deux à la surface de l'enzyme. Remplacer l'une d'elles par un autre acide aminé préservait une forte activité de l'enzyme, mais la rendait insensible au zinc. Remplacer l'autre rendait l'enzyme beaucoup plus lente à produire de l'hydrogène. Pris ensemble, ces tests et les structures cristallines montrent qu'une histidine fonctionne comme un pendule, pivotant autour d'un point d'appui fixe formé par un autre acide aminé. Lorsqu'elle oscille vers la surface, elle prend un proton à la seconde histidine. Lorsqu'elle revient vers l'intérieur, elle transmet ce proton à la voie de transport connue.

Ce pendule ne se retrouve pas partout. Plusieurs groupes de [FeFe]-hydrogénases existent, mais seul le groupe A atteint les taux de production particulièrement élevés qui rendent ces enzymes intéressantes pour la biotechnologie. Le professeur Thomas Happe indique que l'équipe a recherché le pendule dans les autres groupes et ne l'a trouvé que dans le groupe A. Les chercheurs pensent que les deux histidines expliquent la capture rapide des protons et la forte activité de ce groupe, et suggèrent que l'évolution a pu spécialiser ce groupe pour cette raison.

Pour l'instant, les retombées concernent surtout la recherche. Comprendre ce mécanisme pourrait aider les scientifiques à étudier d'autres hydrogénases et, selon l'équipe, peut-être à concevoir des biocatalyseurs mieux adaptés aux procédés industriels biosourcés. Les auteurs soulignent également que ces résultats importent pour comprendre le métabolisme de l'hydrogène chez les organismes vivants, un processus qui joue un rôle dans de nombreux écosystèmes. Aucun calendrier pour de telles applications n'est donné, et l'étude ne teste aucun procédé industriel : elle explique comment fonctionne une enzyme naturelle, et ce savoir constitue la première étape de tout projet d'ingénierie.