Зеленая химия и биотопливо: механизм расшифровки ключевого фотофермента

Расшифровано функционирование а 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, -Сакле и Экс-ель, а также из Европейского а (ESRF) и синхротрона SOLEIL. Исследование опубликовано в Наука 09 апреля 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 углеов 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 важно, 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: молекула флавина в FAP, которая поглощает фотон, изогнута. Эта конформация сдвигает спектр поглощения молекулы в сторону красного, так что она использует фотоны, 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 е объединило биоинженерные работы, оптическую и колебательную спектроскопию, статическую и кинетическую кристаллографию, выполненную с помощью синхротронов или рентгеновского а 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), синхротрон SOLEIL, а также от Европейского синхротрона (ESRF) и Института Лауэ-Ланжевена (ILL), двух основных европейских инструментов, базирующихся в Гренобле, я. Он получил финансирование от Французского национального исследовательского агентства. В исследовании также приняли участие исследователи из Института Макса Планка в Гейдельберге (Германия), МГУ (Россия) и Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США).