绿色化学始于一个关键的光酵素的机制解密

【字体: 时间:2021年04月09日 来源:Science

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  研究人员解密了FAP(脂肪酸光脱羧酶)的操作机制,FAP天然存在于微观藻类如小球藻中。该酶已于2017年被确定为能够利用光能从这些微藻产生的脂肪酸中形成碳氢化合物。为了实现这一新结果,研究团队使用了完整的实验和理论工具包。

  

FAP酶的功能,可用于生产生物燃料和绿色化学,已被解密。这一结果动员了一个国际科学家团队,其中包括来自CEA,CNRS,INSERM,École理工学院,阿尔卑斯大学,巴黎萨克雷和艾克斯马赛大学,以及欧洲同步加速器(ESRF)和同步加速器SOLEIL的许多研究人员。该研究于2021年4月9日在“Science”杂志上发表。

研究人员解密了Fatty Acid Photodecarboxylase,FAP(脂肪酸光脱羧酶)的操作机制,FAP天然存在于微观藻类如小球藻中。该酶已于2017年被确定为能够利用光能从这些微藻产生的脂肪酸中形成碳氢化合物。为了实现这一新结果,研究团队使用了完整的实验和理论工具包。

了解FAP的工作原理至关重要,因为这种光酶为从生物体自然产生的脂肪酸可持续生产生物燃料开辟了新的机会。FAP也非常有希望生产用于精细化学,化妆品和药剂学的高附加值化合物。

此外,由于它们的光诱导反应,光酶可以获得在酶促反应过程中发生的超快现象。因此,FAP提供了一个独特的机会来详细了解生物体内发生的化学反应。

更具体地说,在这项工作中,研究人员表明,当FAP被照射并吸收光子时,电子在300皮秒内从藻类产生的脂肪酸中被剥离。然后将该脂肪酸解离成烃前体和二氧化碳(CO2)。然后将产生的大部分CO2在100纳秒内转化为酶内的碳酸氢盐(HCO3- )。该活动使用光但不阻止光合作用:吸收光子的FAP内的黄素分子弯曲。这种构象将分子的吸收光谱移向红色,因此它使用不用于微藻光合活性的光子。

对各种实验和理论方法结果的综合解释,得出了工作中FAP的详细原子级图片。这项多学科研究结合了生物工程,光学和振动光谱,同步加速器或X射线自由电子激光器进行的静态和动力学晶体学,以及量子化学计算。

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