Углеводородная энергетика станет возобновляемой? Изучен важнейший фермент
Механизм работы фермента, который превращает жирные кислоты в углеводороды под действием света, изучила международная группа ученых при участии российского специалиста, 9 апреля об этом сообщила пресс-служба МГУ.
В природе известно три типа фотоферментов — катализаторов, ускоряющих химические реакции при поглощении квантов видимого света. Один из них — это ДНК-фотолиаза, которая способствует восстановлению молекул ДНК, поврежденных ультрафиолетом. Второй — LPOR — участвует в создании молекулы хлорофилла. Напомним, хлорофилл необходим растениям для осуществления фотосинтеза и обуславливает их зеленую окраску. За исследования этих ферментов в 1915, 1961, 1980, 1988, и 2015 годах вручалась Нобелевская премия.
И вот, в 2016 году французские ученые из университета Экс-Марсель открыли третий тип фотофермента, названный первооткрывателями FAP, т. е. фотодекарбоксилаза жирных кислот. В природе FAP содержится, например, в одноклеточных водорослях рода хлорелл. Данное вещество «изымает» из жирной кислоты карбоксильную группу и превращает ее в предельный углеводород — алкан.
Однако механизм работы FAP до сих пор оставался загадкой, над которой группа ученых из 12 ведущих французских, германских, американских университетов и МГУ работала больше трех лет.
«Коллеги изучали систему практически всеми возможными методами, кроме, пожалуй, спиновых исследований, — говорит участница исследований, старший научный сотрудник кафедры физической химии химического факультета МГУ, кандидат химических наук Татьяна Домрачева. — Моя же задача как квантового химика состояла в том, чтобы на основе получаемых данных, используя методы компьютерной химии, определить наиболее вероятный механизм реакции».
Результаты вычислений квантовой химии коллеги Домрачевой проверяли методами статической и динамической кристаллографии, абсорбционной и Фурье-спектроскопии. По словам ученого, исследователи решили не дробить работу на мелкие публикации, чтобы избежать слишком многих предварительных версий и интерпретаций. Собранный большой командой ведущих специалистов материал был опубликован целиком в выпуске журнала Nature от 9 апреля.
Специалист из МГУ отмечает важность полученных результатов.
Во-первых, жирные кислоты синтезируются многими живыми организмами, то есть появляется возобновляемый источник углеводородов. При этом реакция получения предельных углеводородов при помощи FAP является одностадийной, что критически важно для промышленного применения. Более того, реакция идет в водной среде и не требует органических растворителей.
Во-вторых, изучение механизма работы FAP проливает свет на принцип работы так называемого углеводородного цикла, который описывает механизмы превращения углеводородных запасов в мировом океане.
В-третьих, исследование говорит о способности органических молекул функционировать при помощи нескольких параллельных механизмов. Это ставит под сомнение некоторые представления о биохимических реакциях, существующие в научной среде.
Теперь французские коллеги Домрачевой 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.
