Изучен процесс фотокаталитического синтеза предельных углеводородов

Международный коллектив ученых, в который вошла сотрудница МГУ, расшифровал механизм работы редкого и важного фотофермента — фотодекарбоксилазы жирных кислот (FAP), превращающей жирные кислоты в предельные углеводороды. Изучение этой реакции не только представляет фундаментальный интерес, так как на данный момент известно всего три фотофермента, но и имеет практическое применение в промышленности. Статья опубликована в журнале Science.

«Знать механизм реакции, которую катализирует FAP, важно не только с точки зрения фундаментальной науки, но и для потенциального использования фотокатализа в биотехнологии, — рассказывает соавтор исследования Татьяна Домрачева. — Во-первых, жирные кислоты присутствуют во всех живых организмах. И, используя данную реакцию, мы получаем возобновляемый источник самых энергетически насыщенных углеводородов — предельных. Причем речь идет о реакции одностадийной, что критически важно для промышленных процессов. Реакция проходит в водной среде, что избавляет нас от органических растворителей и полностью соответствует принципам “зеленой химии”. Во-вторых, это еще один важный шаг к пониманию механизмов так называемого углеводородного цикла, который описывает механизмы превращения углеводородных запасов в мировом океане. В-третьих, мы столкнулись с тем, что, возможно, сложные органические молекулы могут функционировать при помощи нескольких параллельных механизмов. Это ставит под сомнение некоторые представления о биохимических реакциях, существующие в научной среде, и требует отдельного осмысления».

Природные фотоферменты, несмотря на то что редко встречаются в живой природе, играют ключевую роль в таких процессах, как фотосинтез и сохранение генетической информации. Науке известно три природных фермента, работающих как фотокатализаторы. ДНК-фотолиаза участвует в восстановлении ДНК, поврежденной ультрафиолетом. LPOR отвечает за последнюю стадию синтеза молекулы хлорофилла. FAP — фотодекарбоксилазу жирных кислот — в 2016 году ученые выделили из одноклеточных водорослей, но до сих пор не могли понять детали процесса, в котором жирные кислоты за одну стадию становятся предельными углеводородами.

Авторы изучили этот процесс практически всеми возможными методами. В результате был собран обширный материал. Сейчас французские исследователи работают над созданием на основе FAP биотехнологической системы для одностадийного синтеза длинноцепочечных углеводородов, так как современные технологии вполне позволяют вывести работу фермента на промышленный уровень. К тому же, понимая механизм работы FAP, можно модифицировать фермент, улучшив его свойства и сделав более удобным в применении.