PETase

PETaasit ovat luokka esteraasientsyymejä, jotka katalysoivat polyeteenitereftalaatin ( PET) muovin hydrolyysiä monomeeriseksi mono-2-hydroksietyylitereftalaatiksi (MHET).

Idealisoitu kemiallinen reaktio (jossa n on monomeerien lukumäärä polymeeriketjussa ): [1]

Jäännös PET hajoaa bis(2-hydroksietyyli)tereftalaatiksi (BHET). PETaasit voivat myös hajottaa PEF-muovia ( polyeteeni 2,5-furandikarboksylaattia ), joka on PET:n biohajoava korvike. PETaasit eivät voi katalysoida alifaattisten polyesterien , kuten polybuteenisukkinaatin tai polymaitohapon, hydrolyysiä [2] .

PET:n ei-entsymaattinen luonnollinen hajoaminen kestää satoja vuosia, mutta PETaasit voivat hajottaa hienon PET-muovin muutamassa päivässä [3] .

Historia

Ensimmäinen PETaasi löydettiin vuonna 2016 Ideonella sakaiensis -kannasta 201-F6 -bakteerista , joka löydettiin sedimenttinäytteistä, jotka on kerätty lähellä japanilaista PET-pullojen kierrätyslaitosta [1] [4] . Ennen tätä löytöä muun tyyppisten hydrolaasien tiedettiin hajottavan PET:tä [2] . Näitä ovat hydrolaasit, kuten lipaasit, esteraasit ja kutinaasit [5] . Polyesteriä hajottavien entsyymien löydöt ovat peräisin ainakin vuosilta 1975 (α- kymotrypsiini ) [6] ja 1977 ( lipaasi ), esimerkiksi [7] .

PET-muovi yleistyi 1970-luvulla, ja on esitetty, että bakteerien PETaasit ovat ilmaantuneet vasta äskettäin [2] . Aiemmin PETaasilla on saattanut olla entsymaattista aktiivisuutta, joka liittyy kasvien vahamaisen päällysteen hajoamiseen [8] .

Rakenne

Huhtikuussa 2019 tiedettiin 17 3D PETase -kiderakennetta: 6QGC arkistoitu 23. elokuuta 2021 Wayback Machinessa , 6ILX arkistoitu 23. elokuuta 2021 Wayback Machinessa , 6ILW arkistoitu 23. elokuuta 2021, elokuuta 2021 Wayback Machine , chived 5YFE2 2021 at the Wayback Machine , 6EQD Arkistoitu 23. elokuuta 2021 at the Wayback Machine , 6EQE Arkistoitu 23. elokuuta 2021 at the Wayback Machine , 6EQF Arkistoitu 23. elokuuta 2021 at the Wayback Machine , 6EQG 3 Machine at theved Augusty20 Wayback2 Machine , 6EQH Arkistoitu 23. elokuuta 2021 Wayback Machinessa , 6ANE Arkistoitu 23. elokuuta 2021 Wayback Machinessa , 5XJH Arkistoitu 23. elokuuta 2021 Wayback Machinessa , 5YNS Arkistoitu 23. elokuuta 2021 Wayback Machinessa 3 , 5 Augusty Machine21 , 2021 Wayback Machinessa , 5XFZ Arkistoitu 23. elokuuta 2021 Wayback Machinessa , 5XG0 Arkistoitu 23. elokuuta 2021 Wayback Machinessa , 5XH2 Ap 23. elokuuta 2021 päivätty arkistokopio Wayback Machinessa ja 5XH2:ssa. Arkistoitu 23. elokuuta 2021 Wayback Machinessa .

PETaasilla on yhteisiä ominaisuuksia sekä lipaasien että kutinaasien kanssa siten, että siinä on a/p-hydrolaasilaskos ; PETaasissa havaittu aktiivisen kohdan halkeama on kuitenkin avoimempi kuin kutinaaseissa [2] . Pfamin mukaan Ideonella sakaiensis PETase on samanlainen kuin dienelaktonihydrolaasi. ESTHERin mukaan se kuuluu polyesteraasi-lipaasi-kutinaasi-perheeseen.

Monissa eri organismeissa on noin 69 PETaasin kaltaista entsyymiä, ja näillä entsyymeillä on kaksi luokitusta, mukaan lukien tyyppi I ja tyyppi II. Entsyymeistä 57 uskotaan kuuluvan luokkaan I, kun taas loput kuuluvat ryhmään II, mukaan lukien Ideonella sakaiensis -bakteerissa esiintyvä PETaasi -entsyymi . Kaikissa 69 PETaasin kaltaisessa entsyymissä on samat kolme aktiivisen kohdan tähdettä , mikä viittaa siihen, että katalyyttinen mekanismi on sama kaikille PETaasin kaltaisten entsyymien muodoille [9] .

• Petaasin kaksoismutantin (R103G ja S131A) pinta, jossa HEMT (1-(2-hydroksietyyli)4-metyylitereftalaatti) on sitoutunut sen aktiiviseen kohtaan. HEMT on samanlainen kuin MHET ja sisältää ylimääräistä esteröityä metanolia. PDBID: 5XH3.

• PETaasin nauhakaavio, jossa on kolme tähdettä Ser160, Asp206 ja His237. Katalyyttistä kolmikkoa edustavat siniset tikut. Aktiivinen kohta on esitetty oranssina edustamaan 2-HE(MHET)4-molekyylin stimulaatiota [9] .

Mutaatiot

Vuonna 2018 Portsmouthin yliopiston tutkijat tekivät yhteistyötä Yhdysvaltain energiaministeriön kansallisen uusiutuvan energian laboratorion kanssa kehittääkseen PETase-mutantin, joka hajottaa PET:tä nopeammin kuin sen luonnollisessa tilassa. Tämä tutkimus osoitti myös, että PETaasit voivat hajottaa polyeteeni-2,5-furandikarboksylaattia (PEF) [2] [10] .

Biologinen polku

I. sakaiensis -bakteerissa saatu MHET pilkkoutuu lisäksi MHETaasi-entsyymin vaikutuksesta tereftaalihapoksi ja etyleeniglykoliksi [1] . Laboratoriokokeet ovat osoittaneet, että kimeeriset proteiinit, jotka sitovat keinotekoisesti MHETaasia ja PETaasia, ovat parempia kuin vastaavat vapaiden entsyymien seokset [12] .

Katso myös

• Galleria mellonella , toukka , joka pystyy sulattamaan polyeteeniä .
• Aspergillus tubingensis on polyuretaania  sulattava sieni.
• Pestalotiopsis microspora , endofyyttinen sienilaji, joka pystyy hajottamaan polyuretaania.
• Kutinaasi , esteraasientsyymi, jolla on samanlainen geometrinen muoto

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 3 "Poly(eteenitereftalaattia) hajottava ja assimiloiva bakteeri". tiede . 351 (6278): 1196-9. Maaliskuu 2016. doi : 10.1126/science.aad6359 . PMID26965627  _ _
2. ↑ 1 2 3 4 5 "Muovia hajottavan aromaattisen polyesteraasin karakterisointi ja suunnittelu". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America . 115 (19): E4350–E4357. Toukokuu 2018. doi : 10.1073/ pnas.1718804115 . PMID29666242 . _ 
3. ↑ Dockrill . Tiedemiehet ovat vahingossa luoneet mutanttientsyymin , joka syö muovijätettä  , ScienceAlert . Arkistoitu alkuperäisestä 17. huhtikuuta 2018. Haettu 27.11.2018.
4. ↑ “Ideonella sakaiensis sp. marraskuuta, eristetty poly(eteenitereftalaattia) hajottavasta mikrobikonsortiosta”. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology . 66 (8): 2813-8. Elokuu 2016. doi : 10.1099/ ijsem.0.001058 . PMID27045688 _ _ 
5. ↑ "Rakenteellista tietoa PET-hydrolaasin katalyyttisestä mekanismista". Luontoviestintä []. 8 (1): 2106. Joulukuu 2017. DOI : 10.1038/s41467-017-02255-z . PMID29235460  _ _
6. ↑ Tabushi, Iwao (elokuu 1975). "Kymotrypsiinillä helposti hydrolysoituva polyesteri". Journal of Polymer Science: Polymer Letters Edition . 13 (8): 447-450. DOI : 10.1002/pol.1975.130130801 .
7. ↑ "Polyesterien hydrolyysi lipaasien vaikutuksesta". luonto . 270 (5632): 76-8. marraskuuta 1977. doi : 10.1038/ 270076a0 . PMID 927523 . 
8. ↑ Lab "Accident" muuttuu mutanttientsyymiksi, joka syö muovia , Live Science . Arkistoitu alkuperäisestä 27. marraskuuta 2018. Haettu 27.11.2018.
9. ↑ 1 2 "Rakenteellinen näkemys poly(eteenitereftalaatin) hajoamisen molekyylimekanismista". Luontoviestintä []. 9 (1): 382. tammikuu 2018. DOI : 10.1038/s41467-018-02881-1 . PMID29374183  _ _
10. ↑ Carrington . Uusi superentsyymi syö muovipullot kuusi kertaa nopeammin  , The Guardian . Arkistoitu 12. lokakuuta 2020. Haettu 23.8.2021.
11. ↑ Allison Chan. Muovijätteemme puhdistamisen bakteerien tulevaisuus (2016). Haettu 23. elokuuta 2021. Arkistoitu alkuperäisestä 27. marraskuuta 2018. (määrätön)
12. ↑ "Kaksientsyymijärjestelmän karakterisointi ja suunnittelu muovien depolymerointiin". Proc Natl Acad Sci USA . 117 (41): 25476-25485. lokakuu 2020. DOI : 10.1073/pnas.2006753117 . PMID  32989159 .