綠色化學和生物燃料:關鍵光酶的解密機制
脂肪酸光脫羧酶機制中提出的酶催化的藝術家印象(Science 2021)。來源:達米安·索里格
用于生產生物燃料和綠色化學的酶 FAP 的功能已被解密。這一結果動員了一個國際科學家團隊,其中包括來自 CEA、CNRS、Inserm、école Polytechnique、格勒諾布爾阿爾卑斯大學、巴黎薩克雷大學和艾克斯馬賽大學以及歐洲同步加速器 (ESRF) 和同步加速器 SOLEIL 的許多法國研究人員。該研究于2021 年 4 月 9 日發表在《科學》雜志上。
研究人員解密了 FAP(脂肪酸光脫羧酶)的運行機制,該酶天然存在于小球藻等微觀藻類中。該酶于 2017 年被鑒定為能夠利用光能從這些微藻產生的脂肪酸中形成碳氫化合物。為了實現這一新結果,研究團隊使用了完整的實驗和理論工具包。
了解 FAP 的工作原理至關重要,因為這種光酶為利用生物體天然產生的脂肪酸可持續生產生物燃料開辟了新機遇。FAP 在生產用于精細化學、化妝品和制藥的高附加值化合物方面也很有前景。
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研究人員解密了 FAP(脂肪酸光脫羧酶)的運行機制,該酶天然存在于小球藻等微觀藻類中。(科學 2021)。來源:達米恩·索里格
實驗所用的材料由于其性質的特殊性,熔煉澆鑄后需要經過緩冷處理(直徑100mm),因而會導致組織內部的晶粒(柱狀晶)粗大,在后續的鍛造以及熱軋中很難消除。因此,本人想了解下,通過什么手段可以實現澆鑄后組織的細化,或者在鍛造后實現組織的細化??
此外,由于它們的光誘導反應,光酶可以實現在酶促反應過程中發生的超快速現象。因此,FAP 提供了一個獨特的機會來詳細了解生物體內發生的化學反應。
更具體地說,在這項工作中,研究人員表明,當 FAP 被照射并吸收一個光子時,一個電子會在 300 皮秒內從藻類產生的脂肪酸中剝離出來。然后該脂肪酸被分解成碳氫化合物前體和二氧化碳 (CO2)。產生的大部分 CO2 然后在 100 納秒內轉化為酶內的碳酸氫鹽 (HCO3-)。該活動使用光但不會阻止光合作用:FAP 中吸收光子的黃素分子彎曲。這種構象將分子的吸收光譜移向紅色,因此它使用未用于微藻光合作用的光子。
正是國際聯盟對各種實驗和理論方法的結果進行了綜合解釋,從而產生了 FAP 在工作中的詳細、原子尺度的圖像。這項多學科研究結合了生物工程工作、光學和振動光譜學、用同步加速器或 X 射線自由電子激光器進行的靜態和動力學晶體學,以及量子化學計算。
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