Le fonctionnement de l'enzyme FAP, utile pour la production de biocarburants et pour la chimie verte, a été décrypté. Ce résultat a mobilisé une équipe internationale de scientifiques, dont de nombreux chercheurs français du CEA, CNRS, Inserm, École polytechnique, les universités de Grenoble Alpes, Paris-Saclay et Aix Marseille, ainsi que le Synchrotron Européen (ESRF) et le synchrotron SOLEIL. L'étude est publiée dans Science le 09 avril, 2021.

Les chercheurs ont décrypté les mécanismes de fonctionnement de la FAP (Fatty Acid Photodecarboxylase), qui est naturellement présent dans les algues microscopiques comme la Chlorella. L'enzyme avait été identifiée en 2017 comme capable d'utiliser l'énergie lumineuse pour former des hydrocarbures à partir d'acides gras produits par ces microalgues. Pour atteindre ce nouveau résultat, les équipes de recherche ont utilisé une boîte à outils expérimentale et théorique complète.

Comprendre le fonctionnement du FAP est essentiel car cette photoenzyme ouvre une nouvelle opportunité pour la production durable de biocarburants à partir d'acides gras naturellement produits par les organismes vivants. FAP est également très prometteur pour produire des composés à haute valeur ajoutée pour la chimie fine, cosmétique et pharmaceutique.

En outre, en raison de leur réaction induite par la lumière, les photoenzymes donnent accès aux phénomènes ultrarapides qui se produisent lors des réactions enzymatiques. La FAP offre donc une opportunité unique de comprendre en détail une réaction chimique se déroulant dans les organismes vivants.

Plus précisement, dans ce travail, les chercheurs montrent que lorsque FAP est illuminé et absorbe un photon, un électron est extrait en 300 picosecondes de l'acide gras produit par les algues. Cet acide gras est ensuite dissocié en un précurseur hydrocarboné et en dioxyde de carbone (CO 2 ). La plupart du CO 2 généré est ensuite transformé en 100 nanosecondes en bicarbonate (HCO 3 -) au sein de l'enzyme. Cette activité utilise la lumière mais n'empêche pas la photosynthèse :la molécule de flavine au sein du FAP, qui absorbe le photon, est pliée. Cette conformation déplace le spectre d'absorption de la molécule vers le rouge, de sorte qu'il utilise des photons non utilisés pour l'activité photosynthétique de la microalgue.

C'est l'interprétation combinée des résultats de diverses approches expérimentales et théoriques par le consortium international qui donne les détails, image à l'échelle atomique de FAP au travail. Cette étude multidisciplinaire combinait des travaux de bio-ingénierie, spectroscopie optique et vibrationnelle, cristallographie statique et cinétique réalisée avec des synchrotrons ou un laser à électrons libres à rayons X, ainsi que des calculs de chimie quantique.