Yeşil Kimya ve Biyoyakıt: Deşifre Edilmiş Anahtar Bir Fotoenzimin İşleyiş Mekanizması
Biyoyakıt üretimi ve yeşil kimya için oldukça faydalı bir enzim olan FAP’ın işleyiş mekanizmasının sırrı çözüldü. Bu gelişme, uluslararası bilim insanlarından oluşan bir ekibi harekete geçirdi. İlgili çalışma, 09 Nisan 2021 tarihinde Science dergisinde yayınlandı.
Araştırmacılar, Chlorella gibi mikroskobik alglerde doğal olarak bulunan Yağ Asidi Fotodekarboksilaz (FAP) enziminin çalışma mekanizmalarının şifresini çözdüler. 2017 yılında, FAP enziminin bu mikroalgler tarafından üretilen yağ asitlerinden hidrokarbonlar oluşturmak üzere ışık enerjisini kullanabildiği belirlenmişti. Bu yeni sonuca ulaşmak için ise araştırma ekipleri eksiksiz bir deneysel ve teorik araç seti kullandılar.
FAP, canlı organizmalar tarafından doğal olarak üretilen yağ asitlerinin sürdürülebilir biyoyakıt üretiminde kullanılması için yeni bir fırsat sunmakta ve bu sebeple, bu enzimin işleyiş mekanizmasının anlaşılması büyük bir önem arz etmektedir. Ayrıca ince kimyasal, kozmetik ve eczacılık sektörleri için yüksek katma değerli bileşikler üretme konusunda da oldukça umut vadeden bir enzimdir.
Fotoenzimler, ışıkla indüklenen reaksiyonları dolayısıyla enzimatik reaksiyonlar sırasında meydana gelen ultra hızlı olaylara erişim sağlarlar. Dolayısıyla, fotoenzimatik özelliğe sahip olan FAP enzimi canlı organizmalarda meydana gelen bir kimyasal reaksiyonu ayrıntılı olarak anlamak için eşsiz bir fırsat sunmaktadır.
Araştırmacıların bu çalışmada ortaya çıkardıkları işleyiş mekanizması ise basitçe şu şekilde: FAP enzimi ışığa maruz bırakıldığında ve bir fotonu soğurduğunda bir elektron 300 pikosaniye içinde algler tarafından üretilen yağ asidinden sıyrılıyor. Daha sonra, bu yağ asidi bir hidrokarbon öncüsü ve karbondioksite (CO2) ayrıştırılıyor. Üretilen CO2’nin çoğunluğu 100 nanosaniye içinde enzim içerisinde bikarbonata (HCO3-) dönüştürülüyor. Tüm bu süreç ışığı kullanıyor, ancak fotosentezi engellemiyor çünkü reaksiyon sırasında FAP içindeki fotonu emen flavin molekülü bükülüyor. Flavin molekülünün bükülmesiyle oluşan bu yapı, molekülün absorpsiyon spektrumunu kırmızıya kaydırıyor, böylece mikroalglerin fotosentetik aktivitesi için kullanılmayan fotonları kullanıyor.
Yukarıda açıklanan bu mekanizma, çoğunluğu Fransa’daki çeşitli enstitü ve laboratuvarlardan olmak üzere Almanya, Rusya ve ABD’den araştırmacıların da yer aldığı çok geniş kapsamlı bir çalışmanın sonucudur. Çalışma, FAP’ın işleyiş mekanizmasınının ayrıntılı, atomik ölçekli bir resmini çizmektedir ve çeşitli deneysel ve teorik yaklaşımların sonuçlarının uluslararası bir konsorsiyum tarafından birleştirilmiş yorumudur; biyomühendislik çalışması, optik ve titreşim spektroskopisi, senkrotronlar veya X-ışını içermeyen elektron lazer ile gerçekleştirilen statik ve kinetik kristalografinin yanı sıra kuantum kimyası hesaplamalarını birleştiren multidisipliner bir çalışmadır. Ayrıca, Fransız Ulusal Araştırma Ajansı tarafından fonlanmıştır.
Kaynak: sciencedaily.com
