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Article

1 - APPROCHE THÉORIQUE DES SYSTÈMES SOLIDE/GAZ

2 - CATALYSE SOLIDE/GAZ : UN OUTIL AU SERVICE DE LA COMPRÉHENSION DU FONCTIONNEMENT DES BIOCATALYSEURS

3 - EXEMPLES D'APPLICATION DE LA BIOCATALYSE SOLIDE/GAZ

4 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BIO2200 v1

Catalyse solide/gaz : un outil au service de la compréhension du fonctionnement des biocatalyseurs
Biocatalyse solide/gaz

Auteur(s) : Isabelle GOUBET, Thierry MAUGARD, Sylvain LAMARE, Marianne GRABER

Date de publication : 10 nov. 2011

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INTRODUCTION

La biocatalyse solide/gaz est une technologie basée sur l'utilisation de biocatalyseurs solides pour la conversion de substrats gazeux, en l'absence de tout solvant. Les biocatalyseurs solides sont des enzymes purifiées lyophilisées ou des enzymes présentes dans des cellules déshydratées. Les bioréacteurs sont utilisés en mode continu et permettent de contrôler précisément l'ensemble des paramètres thermodynamiques influant sur la cinétique des réactions et la stabilité des biocatalyseurs (température, pression et composition du flux gazeux).

D'un point de vue fondamental, l'absence de solvant et le contrôle indépendant de chacune des activités thermodynamiques des substrats (paramètre reflétant leur disponibilité pour le biocatalyseur) constituent les points forts de cette technologie. En effet, il est ainsi possible de s'affranchir des effets induits par le solvant, espèce majoritaire en milieu liquide, et d'accéder aux paramètres intrinsèques d'une enzyme. De plus, la possibilité de moduler indépendamment les activités thermodynamiques de chacun des substrats permet d'étudier l'impact de chacune des espèces présentes dans le microenvironnement du biocatalyseur sur son activité, sa spécificité ou sa stabilité.

D'un point de vue technologique, la biocatalyse solide/gaz permet des rendements de production très élevés pour une taille réduite d'installation. L'absence de solvant simplifie les étapes de purification et rend aisée la récupération des produits. Les températures de catalyse, bien qu'élevées pour des conversions enzymatiques, restent modestes comparées à celles bien souvent utilisées pour la catalyse chimique. L'ensemble de ces caractéristiques fait de la biocatalyse solide/gaz un procédé économe en atomes et énergie, respectueux de l'environnement. Néanmoins, le champ d'application de cette technologie est limité en comparaison de celui des systèmes réactionnels liquides non conventionnels, car il est basé sur le caractère volatil des substrats et des produits de la réaction.

Les applications de la catalyse solide/gaz pourraient, à l'avenir, concerner les secteurs de l'environnement ou de la pharmacie et plus spécialement la production de synthons chiraux.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bio2200


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2. Catalyse solide/gaz : un outil au service de la compréhension du fonctionnement des biocatalyseurs

2.1 Caractérisation cinétique et thermodynamique de la réaction : déterminer les paramètres intrinsèques des enzymes

Les réactions enzymatiques en milieu liquide impliquent des systèmes à trois composants : le solvant, l'enzyme et le substrat. Ces trois composants interagissent entre eux et ce sont ces relations d'interdépendance qui rendent la catalyse plus ou moins efficace, par des mécanismes complexes et difficiles à identifier. Dans la technologie solide/gaz, le solvant de la réaction est remplacé par un gaz vecteur inerte sur la catalyse ; le microenvironnement de l'enzyme se trouve donc simplifié en un système composé uniquement des molécules de substrat et de produit à l'état gazeux. Il est ainsi possible de mesurer l'activité enzymatique en l'absence d'espèce chimique en quantité largement prédominante, comme c'est le cas dans les systèmes liquides, dans lesquels le solvant représente la fraction molaire la plus importante du milieu. La présence de ces grandes quantités de molécules de solvant rend l'interprétation des données cinétiques et thermodynamiques quelque peu hasardeuse. En effet, il est maintenant clairement établi que les molécules de solvant sont susceptibles d'interagir de façon directe avec le site actif des enzymes  . Il en résulte, dans certains cas, un effet très significatif du solvant sur la spécificité des enzymes ...

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BIBLIOGRAPHIE

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  • (4) - PULVIN (S.), PAVARESH (F.), THOMAS (D.), LEGOY (M.-D.) -   Solid-gas reactors. A comparison between the horse liver and the thermostable Sulfolobus solfataricus ADH.  -  Ann. NY Acad. Sci., 545, p. 434-439 (1988).

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  • ...

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