De werking van het enzym FAP, bruikbaar voor de productie van biobrandstoffen en voor groene chemie, is gedecodeerd. Dit resultaat mobiliseerde een internationaal team van wetenschappers, waaronder veel Franse onderzoekers van het CEA, CNRS, invoegen, École Polytechnique, de universiteiten van Grenoble Alpes, Parijs-Saclay en Aix Marseille, evenals de Europese Synchrotron (ESRF) en synchrotron SOLEIL. De studie is gepubliceerd in Wetenschap op 09 april, 2021.

De onderzoekers ontcijferden de werkingsmechanismen van FAP (Fatty Acid Photodecarboxylase), die van nature aanwezig is in microscopisch kleine algen zoals Chlorella. Het enzym was in 2017 geïdentificeerd als in staat om lichtenergie te gebruiken om koolwaterstoffen te vormen uit vetzuren die door deze microalgen worden geproduceerd. Om dit nieuwe resultaat te bereiken, onderzoeksteams gebruikten een complete experimentele en theoretische toolkit.

Begrijpen hoe FAP werkt, is essentieel omdat dit foto-enzym nieuwe kansen biedt voor duurzame productie van biobrandstoffen uit vetzuren die van nature door levende organismen worden geproduceerd. FAP is ook veelbelovend voor de productie van verbindingen met een hoge toegevoegde waarde voor de fijne chemie, cosmetica en farmacie.

In aanvulling, vanwege hun door licht geïnduceerde reactie, foto-enzymen geven toegang tot ultrasnelle verschijnselen die optreden tijdens enzymatische reacties. FAP biedt daarom een ​​unieke kans om een ​​chemische reactie in levende organismen tot in detail te begrijpen.

Specifieker, in dit werk, onderzoekers laten zien dat wanneer FAP wordt verlicht en een foton absorbeert, een elektron wordt in 300 picoseconden gestript van het vetzuur dat door de algen wordt geproduceerd. Dit vetzuur wordt vervolgens gedissocieerd in een koolwaterstofprecursor en koolstofdioxide (CO ₂ ). De meeste CO ₂ gegenereerd, wordt vervolgens in 100 nanoseconden omgezet in bicarbonaat (HCO ₃ -) in het enzym. Deze activiteit maakt gebruik van licht maar verhindert de fotosynthese niet:het flavinemolecuul in de FAP, die het foton absorbeert, is gebogen. Deze conformatie verschuift het absorptiespectrum van het molecuul naar de rode, zodat het fotonen gebruikt die niet worden gebruikt voor de fotosynthetische activiteit van de microalgen.

Het is de gecombineerde interpretatie van de resultaten van verschillende experimentele en theoretische benaderingen door het internationale consortium dat de gedetailleerde, afbeelding op atomaire schaal van FAP aan het werk. Deze multidisciplinaire studie combineerde bio-engineering, optische en vibrationele spectroscopie, statische en kinetische kristallografie uitgevoerd met synchrotrons of een röntgenvrije elektronenlaser, evenals kwantumchemische berekeningen.