Il funzionamento dell'enzima FAP, utile per la produzione di biocarburanti e per la chimica verde, è stato decifrato. Questo risultato ha mobilitato un team internazionale di scienziati, tra cui molti ricercatori francesi del CEA, CNRS, Inserimento, École Polytechnique, le università di Grenoble Alpes, Paris-Saclay e Aix Marsiglia, così come il sincrotrone europeo (ESRF) e il sincrotrone SOLEIL. Lo studio è pubblicato su Scienza il 09 aprile 2021.

I ricercatori hanno decifrato i meccanismi operativi della FAP (Fatty Acid Photodecarboxylase), che è naturalmente presente nelle alghe microscopiche come la Chlorella. L'enzima era stato identificato nel 2017 come in grado di utilizzare l'energia luminosa per formare idrocarburi dagli acidi grassi prodotti da queste microalghe. Per ottenere questo nuovo risultato, i team di ricerca hanno utilizzato un toolkit sperimentale e teorico completo.

Comprendere come funziona la FAP è essenziale perché questo fotoenzima apre una nuova opportunità per la produzione sostenibile di biocarburanti dagli acidi grassi prodotti naturalmente dagli organismi viventi. FAP è anche molto promettente per la produzione di composti ad alto valore aggiunto per la chimica fine, cosmetici e farmaceutici.

Inoltre, a causa della loro reazione indotta dalla luce, i fotoenzimi danno accesso a fenomeni ultrarapidi che si verificano durante le reazioni enzimatiche. La FAP offre quindi un'opportunità unica per comprendere in dettaglio una reazione chimica in atto negli organismi viventi.

Più specificamente, in questo lavoro, i ricercatori mostrano che quando il FAP è illuminato e assorbe un fotone, un elettrone viene strappato in 300 picosecondi dall'acido grasso prodotto dalle alghe. Questo acido grasso viene quindi dissociato in un precursore di idrocarburi e anidride carbonica (CO ₂ ). La maggior parte della CO ₂ generato viene poi trasformato in 100 nanosecondi in bicarbonato (HCO ₃ -) all'interno dell'enzima. Questa attività utilizza la luce ma non impedisce la fotosintesi:la molecola della flavina all'interno della FAP, che assorbe il fotone, è piegato. Questa conformazione sposta lo spettro di assorbimento della molecola verso il rosso, in modo che utilizzi fotoni non utilizzati per l'attività fotosintetica delle microalghe.

È l'interpretazione combinata dei risultati di vari approcci sperimentali e teorici da parte del consorzio internazionale che fornisce le dettagliate, immagine su scala atomica della FAP al lavoro. Questo studio multidisciplinare ha combinato il lavoro di bioingegneria, spettroscopia ottica e vibrazionale, cristallografia statica e cinetica eseguita con sincrotroni o laser a raggi X a elettroni liberi, così come calcoli di chimica quantistica.