Konstnärsintryck av den enzymatiska katalys som föreslagits i mekanismen för fettsyrafotodekarboxylas. Kredit:Damien Sorigué
Funktionen av enzymet FAP, användbart för att producera biobränslen och för grön kemi, har dekrypterats. Detta resultat mobiliserade ett internationellt team av forskare, inklusive många franska forskare från CEA, CNRS, Inserm, École Polytechnique, universiteten i Grenoble Alpes, Paris-Saclay och Aix Marseille, samt European Synchrotron (ESRF) och synkrotron SOLEIL. Studien publiceras i Vetenskap den 9 april, 2021.
Forskarna dekrypterade funktionsmekanismerna för FAP (Fatty Acid Photodecarboxylase), som finns naturligt i mikroskopiska alger som Chlorella. Enzymet hade identifierats 2017 för att kunna använda ljusenergi för att bilda kolväten från fettsyror som produceras av dessa mikroalger. För att uppnå detta nya resultat, forskargrupper använde en komplett experimentell och teoretisk verktygslåda.
Att förstå hur FAP fungerar är viktigt eftersom detta fotoenzym öppnar en ny möjlighet för hållbar produktion av biobränsle från fettsyror som naturligt produceras av levande organismer. FAP är också mycket lovande för att producera föreningar med högt förädlingsvärde för finkemi, kosmetika och läkemedel.
Dessutom, på grund av deras ljusinducerade reaktion, fotoenzymer ger tillgång till ultrasnabba fenomen som uppstår under enzymatiska reaktioner. FAP erbjuder därför en unik möjlighet att i detalj förstå en kemisk reaktion som äger rum i levande organismer.
Mer specifikt, i det här arbetet, forskare visar att när FAP belyses och absorberar en foton, en elektron avlägsnas på 300 pikosekunder från fettsyran som produceras av algerna. Denna fettsyra dissocieras sedan till en kolväteprekursor och koldioxid (CO 2 ). Det mesta av CO 2 genereras omvandlas sedan i 100 nanosekunder till bikarbonat (HCO 3 -) inom enzymet. Denna aktivitet använder ljus men förhindrar inte fotosyntes:flavinmolekylen i FAP, som absorberar fotonen, är böjd. Denna konformation förskjuter molekylens absorptionsspektrum mot det röda, så att den använder fotoner som inte används för mikroalgernas fotosyntetiska aktivitet.
Forskarna dekrypterade funktionsmekanismerna för FAP (Fatty Acid Photodecarboxylase), som finns naturligt i mikroskopiska alger som Chlorella. Kredit:Damien Sorigue
Det är den kombinerade tolkningen av resultaten av olika experimentella och teoretiska tillvägagångssätt av det internationella konsortiet som ger den detaljerade, atomär bild av FAP på jobbet. Denna tvärvetenskapliga studie kombinerade bioingenjörsarbete, optisk och vibrationsspektroskopi, statisk och kinetisk kristallografi utförd med synkrotroner eller en röntgenfri elektronlaser, samt kvantkemiberäkningar.
