Diiron-containing metalloproteins: Developing functional models

A major objective in protein science is the design of enzymes with novel catalytic activities that are tailored to specific applications. Such enzymes may have great potential in biocatalysis and biosensor technology, such as in degradation of pollutants and biomass, and in drug and food processing. To reach this objective, investigations into the basic biochemical functioning of metalloproteins are still required. In this perspective, metalloprotein design provides a powerful approach first to contribute to a more comprehensive understanding of the way metalloproteins function in biology, with the ultimate goal of developing novel biocatalysts and sensing devices. Metalloprotein mimetics have been developed through the introduction of novel metal-binding sites into naturally occurring proteins as well as through de novo protein design. We have approached the challenge of reproducing metalloprotein active sites by using a miniaturization process. We centered our attention on iron-containing proteins, and we developed models for heme proteins and diiron–oxo proteins. In this paper we summarize the results we obtained on the design, structural, and functional properties of DFs, a family of artificial diiron proteins.

RésuméUn objectif majeur de la science des protéines est la conception d'enzymes possédant de nouvelles activités catalytiques et conçues pour des applications spécifiques. De telles enzymes peuvent avoir un grand potentiel dans des technologies de la biocatalyse et des biocapteur telles que la dégradation des polluants et de la biomasse, ainsi que la transformation d'aliments et de produits pharmaceutiques. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire de réaliser une étude du fonctionnement biochimique de base des métalloprotéines. Dans cette optique, la conception des métalloprotéines fournit une approche puissante, initialement pour contribuer à une meilleure compréhension de la façon dont les métalloprotéines fonctionnent dans les processus biologiques, avec le but final de développer de nouveaux biocatalyseurs et capteurs. Les mimétiques des métalloprotéines ont été développés avec l'introduction de nouveaux sites de liaison des métaux au sein de protéines naturelles et ainsi qu'à travers la conception de novo de protéines. Nous avons relevé le défi de reproduire les sites actifs des métalloprotéines en utilisant un processus de miniaturisation. En particulier, nous avons focalisé notre attention sur les protéines contenant du fer et développé des modèles pour les protéines héminiques et les protéines contenant un noyau « difer » ponté par l'oxygène. Dans cet article, nous présentons les résultats que nous avons obtenus dans la conception et l'étude des propriétés structurelles et fonctionnelles des DFs, une famille de protéines artificielles à site actif binucléaire de fer.