Зеленая химия и биотопливо: механизм расшифровки ключевого фотофермента

Расшифровано функционирование фермента FAP, используемого для производства биотоплива и зеленой химии. Этот результат мобилизовал международную команду ученых, в том числе многих французских исследователей из CEA, CNRS, Inserm, École Polytechnique, университетов Гренобль-Альп, Париж-Сакле и Экс-Марсель, а также из Европейского синхротрона (ESRF) и синхротрона SOLEIL. опубликовано в Наука 09 апреля 2021 г.


Исследователи расшифровали механизмы действия FAP (фотодекарбоксилазы жирных кислот), которая естественным образом присутствует в микроскопических водорослях, таких как хлорелла. В 2017 году было установлено, что фермент способен использовать световую энергию для образования углеводородов из жирных кислот, производимых этими микроводорослями. Для достижения этого нового результата исследовательские группы использовали полный экспериментальный и теоретический инструментарий.

Понимание того, как работает FAP, очень , потому что этот фотофермент открывает новую возможность для устойчивого производства биотоплива из жирных кислот, естественным образом производимых живыми организмами. FAP также очень перспективен для производства соединений с высокой добавленной стоимостью для тонкой химии, косметики и фармацевтики.

Кроме того, благодаря своей реакции, индуцированной светом, фотоферменты открывают доступ к сверхбыстрым явлениям, возникающим во время ферментативных реакций. Таким образом, FAP предлагает уникальную возможность подробно понять химическую реакцию, происходящую в живых организмах.

В частности, в этой работе исследователи показывают, что когда FAP освещается и поглощает фотон, электрон за 300 пикосекунд отделяется от жирной кислоты, производимой водорослями. Эта жирная кислота затем диссоциирует на предшественник углеводорода и диоксид углерода (CO2). Большая часть генерируемого CO2 затем превращается в фермент за 100 наносекунд в бикарбонат (HCO3-). Эта деятельность использует свет, но не предотвращает фотосинтез: флавина в FAP, которая поглощает фотон, изогнута. Эта конформация сдвигает спектр поглощения молекулы в сторону красного, так что она использует , не используемые для фотосинтетической активности микроводорослей.

Это совместная интерпретация результатов различных экспериментальных и теоретических подходов международным консорциумом, которая дает подробную картину работы FAP в атомном масштабе. Это междисциплинарное исследование объединило биоинженерные работы, оптическую и колебательную спектроскопию, статическую и кинетическую кристаллографию, выполненную с помощью синхротронов или рентгеновского лазера на свободных электронах, а также квантово-химические расчеты.

В исследовании участвовали французские исследователи из Института биологических наук и биотехнологий Экс-Марселя (CEA / CNRS / Университет Экс-Марселя), Института структурной биологии (CEA / CNRS / Университет Гренобль-Альпы), Лаборатории оптики и исследований. Биологические науки (CNRS / École Polytechnique-Institut Polytechnique de Paris / Inserm), Лаборатория перспективной спектроскопии взаимодействий, реактивности и окружающей среды (CNRS / Университет Лилля), Институт интегративной биологии (CEA / CNRS / Paris-Saclay University), SOLEIL, а также от Европейского синхротрона (ESRF) и Института Лауэ-Ланжевена (ILL), двух основных европейских инструментов, базирующихся в Гренобле, Франция. Он получил финансирование от Французского национального исследовательского агентства. В исследовании также приняли участие исследователи из Института Макса Планка в Гейдельберге (), МГУ (Россия) и Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США).

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments