Compréhension de l'énantiosélectivité de la lipase B de Candida antarctica : étude par modélisation moléculaire et expérimentation

Comprehensive study of Candida antarctica lipase B enantioselectivity : using experimental and molecular modeling approaches

• Auteur / Autrice : Ludovic Chaput
• Direction : Marianne Graber, Huu Vinh Tran
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 28/09/2012
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences pour l'environnement Gay Lussac
• Jury : Président / Présidente : Valérie Thiéry
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Humeau-Virot, Jürgen Pleiss

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énantiomères

Lipases

Candida

Mots clés libres

Lipase B de Candida antarctica

Énantiosélectivité

Biocatalyse

Modélisation moléculaire

Intermédiaire tétraédrique

Perturbation de l’énergie libre

Effet d’empreinte

Mutant

T42V

S47A

T42V/S47A

Lipase B from Candida antarctica

Enantioselectivity

Biocatalysis

Molecular modeling

Tetrahedral intermediate

Free energy perturbation

Imprinting effect

Mutant

T42V

S47A

T42V/S47A

Résumé

La lipase B de Candida antarctica (CALB) est un enzyme présentant des propriétés énantiosélectives très intéressantes pour l’obtention de molécules énantio pures par dédoublement cinétique de mélanges racémiques,molécules utilisées comme synthons dans l’industrie pharmaceutique. En effet, le principe actif de nombreux médicaments est efficace sous une forme énantio pure, l’autre forme chirale pouvant se révéler délétère pour l’organisme.Les travaux de la thèse s’intéressent à mieux comprendre l’origine de l’énantiosélectivité de la lipase B de Candida antarctica, en particulier pour la résolution d’alcools secondaires par des réactions de transestérification.Nous utilisons pour la première fois la méthode de la perturbation de l’énergie libre pour estimer la différence d’énergie libre entre les intermédiaires tétraédriques obtenus avec les formes R et S d’alcools énantiomères pour une série d’alcools secondaires, dans le but de prédire in silico l’énantiosélectivité de la CALB. Les paramètres cinétiques apparents d’une réaction avec deux alcools substrats énantiopurs sont expérimentalement déterminés et permettent de définir la contribution respective du Km et du kcat de chaque énantiomère pour la définition de l’énantiosélectivité. L’étude expérimentale de l’effet d’empreinte par des molécules co-substrats est réalisée,ainsi qu’une étude par modélisation moléculaire de l’effet d’empreinte par le premier ester substrat de la réaction qui pourrait modifier la conformation du site actif de la CALB. La troisième partie porte sur l’étude de la CALB et de trois variants (T42V, S47A et T42V/S47A) chez lesquels les acides aminés dans la poche stéréospécifiques ont mutés. T42V et S47A permettent d’obtenir une augmentation de l’énantiosélectivité. L’étude propose une étude détaillée de la conformation du site actif à partir de simulations de trajectoires de dynamique moléculaire

The lipase B from Candida antarctica is an enzyme displaying enantioselective properties which are interesting to obtain enantio pure compounds by kinetic resolution of racemic mixtures, which are used as pharmaceutical intermediates and fine chemicals. Indeed, for most of the drugs, only one of the two chiral formsis efficient as bioactive compound, whereas the other chiral form may display deleterious effects. Present work concerns the understanding of the origin of Candida antarctica lipase B enantioselectivity, and more especially in case of the resolution of secondary alcohols by transesterification. We used, for the first time, the free energy perturbation method to evaluate the free energy difference between tetrahedral intermediates with R and S alcohol enantiomers for a series of secondary alcohols in order to predict in silico enantiomeric ratio of CALB-catalyzed reactions. The apparent kinetic parameters were experimentally determined for two enantio pure substrates and allow to evalute the relative contribution of both Km and kcat for R and S enantiomers in the enantiomeric ratio of CALB-catalyzed reactions. Experimental study of imprinting effect hypothesis by co-substrate molecules was done. Molecular modeling studies of imprinting effect hypothesis were performed, in which the first substrate ester of the reaction could mould the active site. At least, the third part of this thesis concerns the study of wild-type CALB and three different variants (T42V and S47A which allow to increase enantioselectivity and T42/S47A) of CALB by molecular modeling. A detailed study of the conformation of the stereo specificity pocket in the active site is presented, based on molecular dynamics simulations.