Características estructurales de una fotoenzima llamada fotodecarboxilasa de ácido graso (FAP) con un sensor de imagen FADLa luz está involucrada en muchos procesos biológicos que ocurren en organismos vivos, independientemente de la presencia de fotosíntesis. Estos son procesos como el crecimiento, el desarrollo, el metabolismo y los biorritmos diarios. En la mayoría de los casos, la luz afecta la fisiología celular a través de "intermediarios": proteínas fotoactivas, incluidos canales de iones fotosensibles, fotorreceptores, complejos de captación de luz y enzimas dependientes de la luz. Este último se puede dividir en dos tipos: 1) enzimas con fotoactivación, que solo necesitan un breve estallido de luz para entrar en un estado activo; 2) fotoenzimas que requieren un flujo constante de fotones para mantener la función catalítica. De hecho, estos últimos funcionan con fotones como combustible.
Las fotoenzimas son un tipo raro de catalizador. En la naturaleza, solo hay dos familias de proteínas de este tipo: ADN fotoliasa, que en muchos organismos repara el campo de daño del ADN por la luz ultravioleta y el protoclorofilida.
Las fotoenzimas son herramientas muy útiles en biotecnología. Se utilizan para observar procesos enzimáticos rápidos en tiempo real, como un enlace auxiliar en el diseño de otras enzimas y en la
optogenética , cuando un comando de luz suprime o activa conexiones neuronales específicas en el cerebro.
Al mismo tiempo, los científicos son conocidos por las microalgas, como
Chlorella variabilis NC64A o
Chlamydomonas reinhardtii 137C, que convierten largas cadenas de ácidos grasos en alcanos (hidrocarburos saturados) o hidrocarburos insaturados, y este proceso depende de la presencia de luz.
Un grupo de científicos del Instituto de Biociencia y Biotecnología de la Universidad de Aix-Marsella (Francia) logró aislar una fotoenzima específica que sintetiza alcanos en la microalga verde
Chlorella variabilis .
La importancia del descubrimiento difícilmente puede sobreestimarse porque no son necesarios otros factores para la síntesis de alcanos en la coenzima, excepto la grasa y la luz solar. Esta enzima puede introducirse en otros organismos vivos, incluidas las bacterias, y utilizarse en la industria.
Un estudio de la fotosensibilidad de la enzima mostró que es más sensible a la luz con una longitud de onda de 450-500 nm (luz azul), con un máximo a 467 nm.
La actividad enzimática aumenta en proporción directa a la exposición a la luz. El gráfico en la parte inferior izquierda muestra la dependencia de la iluminación con luz blanca, y la parte inferior derecha muestra la dependencia de la cantidad de hidrocarburos en las células
C. reinhardtii cultivadas en un biorreactor bajo la influencia de la luz azul y roja.
Los autores del trabajo científico le dieron a la nueva enzima el nombre de FAP: fotodecarboxilasa de ácidos grasos, es decir, fotodecarboxilasa de ácidos grasos. La descarboxilación es el proceso de escisión del grupo carboxilo de aminoácidos en forma de CO
2 , por lo que esta enzima es una descarboxilasa real.
El lugar de la FAP en la evolución se muestra en un árbol filogenético.
Por lo tanto, se descubrió otra enzima que forma hidrocarburos en el curso de su vida. Hasta ahora, se conocían varias enzimas con dicha funcionalidad: oxidorreductasas y policétidos en cianobacterias, proteínas similares a desaturasa CER1 y CER3 en plantas, citocromo P450 en bacterias
Jeotgalicoccus sp. ATTC8456 y en insectos, así como oxidorreductasas diabéticas en la bacteria
Pseudomonas aeruginosa . Se unen nuevas fotoenzimas. Las enzimas de este tipo pueden ser bastante raras, porque la evolución no fomenta las reacciones químicas dependientes de la luz.
Los científicos enfatizan que a partir de la variedad de enzimas que forman hidrocarburos, está claro que la luz no es necesaria para tal reacción. Por lo tanto, solo queda suponer por qué FAP funciona precisamente en los fotones. Quizás esto se deba a la función intracelular de las enzimas. Probablemente, esta función apareció después de la endosimbiosis primaria, permaneció después de la endosimbiosis secundaria, pero se perdió en las plantas. Su conservación en algas indica una determinada función específica inherente precisamente a estos organismos.
El descubrimiento de una nueva coenzima muestra que en los organismos vivos, la catálisis bajo la influencia de la luz no se limita solo a los procesos de absorción de luz y reparación del ADN. Los fotones también son adecuados para producir hidrocarburos.
Además, los autores sugieren que la coenzima puede modificarse ligeramente para realizar otras reacciones químicas, este es un gran campo de actividad para los biohackers.
El artículo científico fue
publicado el 1 de septiembre de 2017 en la revista
Science (doi: 10.1126 / science.aan6349,
pdf ).