Yeşil Kimya ve Biyoyakıt: FAP Fotoenziminin Mekanizması

Fotoğraf-1 : Yağ asidi fotodekarboksilaz (FAP) mekanizmasında önerilen enzimatik katalizin sanatçı izlenimi.

Biyoyakıt üretiminde kullanılan ve yeşil kimya için faydalı olan FAP enziminin işleyişinin şifresi çözüldü. Bu sonuç, CEA, CNRS, Inserm, École Polytechnique, Grenoble Alpes, Paris-Saclay ve Aix Marseille üniversitelerinden birçok Fransız araştırmacının yanı sıra European Synchrotron (ESRF) ve Synchrotron SOLEIL’den oluşan uluslararası bir bilim insanı ekibini harekete geçirdi. Çalışma 09 Nisan 2021’de Science dergisinde yayınlandı.

Araştırmacılar, Chlorella gibi mikroskobik alglerde doğal olarak bulunan FAP’ın (Fatty Acid Photodecarboxylase-Yağ Asidi Fotodekarboksilaz) çalışma mekanizmalarının işleyişini çözdüler. Enzimin, 2017 yılında bu mikroalgler tarafından üretilen yağ asitlerinden hidrokarbonlar oluşturmak için ışık enerjisini kullanabildiği tespit edilmişti. Bu yeni sonuca ulaşmak için araştırma ekipleri eksiksiz bir deneysel ve teorik araç seti kullandı.

FAP’ın nasıl çalıştığını anlamak çok önemlidir çünkü bu fotoenzim, canlı organizmalar tarafından doğal olarak üretilen yağ asitlerinden sürdürülebilir biyoyakıt üretimi için yeni bir fırsat sunar. Ayrıca FAP, ince kimya, kozmetik ve eczacılık için katma değeri yüksek bileşikler üretmek için parlak bir geleceğe sahiptir.

Ek olarak, ışıkla indüklenen reaksiyonları nedeniyle, fotoenzimler enzimatik reaksiyonlar sırasında meydana gelen ultra hızlı fenomenlere erişim sağlar. Bu nedenle FAP, canlı organizmalarda meydana gelen bir kimyasal reaksiyonu ayrıntılı olarak anlamak için eşsiz bir fırsat sunar.

Daha spesifik olarak, bu çalışmada araştırmacılar, FAP aydınlatıldığında ve bir fotonu emdiğinde, bir elektronun algler tarafından üretilen yağ asidinden 300 pikosaniye içinde ayrıldığını gösteriyor. Bu yağ asidi daha sonra bir hidrokarbon prekürsörü (öncül madde) ve karbondioksite (CO₂) ayrıştırılır. Üretilen CO₂‘nin çoğu 100 nanosaniye içinde enzim içinde bikarbonata (HCO^3-) dönüştürülür. Bu aktivite ışığı kullanır ancak fotosentezi engellemez: FAP içindeki fotonu emen flavin molekülü bükülür. Oluşan bu konformasyon, molekülün absorpsiyon spektrumunu kırmızıya kaydırır, böylece mikroalglerin fotosentetik aktivitesi için kullanılmayan fotonları kullanır.

Fotoğraf-2 : Araştırmacılar, Chlorella gibi mikroskobik alglerde doğal olarak bulunan FAP’ın (Yağ Asidi Fotodekarboksilaz) çalışma mekanizmasının şifresini çözdüler.

Çeşitli deneysel ve teorik yaklaşımların sonuçlarının uluslararası konsorsiyum tarafından FAP’ın ayrıntılı, atomik ölçekli resmini veren birleşik yorumudur. Bu çokdisiplinli çalışma, biyomühendislik çalışması, optik ve titreşim spektroskopisi, senkrotronlar veya X-ışını içermeyen elektron lazer ile gerçekleştirilen statik ve kinetik kristalografinin yanı sıra kuantum kimyası hesaplamalarını birleştirdi.

Kaynak : phys.org