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科学研究
利用合理的蛋白质工程将来自于Ideonella sakaiensis的PETase酶用于PET的高效降解
 最后更新: 2020-04-01  作者: 佚名  浏览: 571次

  聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有优异的机械性能和化学稳定性,是世界上使用最广泛的塑料之一。随着PET材料的大量使用,环境中废弃的PET正在大量堆积,已经对环境和人类健康造成了巨大危害。目前针对于PET回收的策略主要是通过化学方法将废旧的PET进行降解,得到原料单体产品,其中比较常用的方法有水解法、甲醇法、胺解法、乙二醇法等,基本的思路都是通过使用合理的催化剂在不同的溶剂中进行降解,以此来得到不同的降解产物并达到回收利用废旧PET的目的。但是不管使用何种工艺,在传统的化学方法中都普遍存在着高温、高压、能量消耗大以及废弃物多等弊端,限制了其发展,因此急需开发出新的高效绿色的PET降解途径。

  近年来,生物回收方法备受关注,为PET的回收提供一条绿色路线,具有操作简便、环保、节能和废弃物少等优点,吸引了科研人员的广泛关注。其中已报道的来自Ideonalla sakaiensis的PETase(IsPETase)酶在温和的条件下具有非常高的PET降解活性,但是低的热稳定性限制了其应用。近期,韩国庆北国立大学Hyeoncheol Francis Son等人,通过研究IsPETase上的结构信息,确定了影响酶热稳定性的因素,开发了一种合理的蛋白质工程策略来提高蛋白质的热稳定性,并成功获得了具有显著增强的热稳定性和高度改善的PET降解能力的IsPETase变体。特别是IsPETase (S121E/D186H/R280A)变体,与IsPETase相比,其Tm值增加了8.81℃,PET的降解活性在40℃下提高了14倍。该研究表明蛋白质的结构信息可以在蛋白质工程中进行合理有效的利用,以增强目标蛋白质的热稳定性,为进一步的应用打开了大门。

图1.(A)IsPETaseWT及其变体的热稳定性测试。(B)IsPETaseWT和变体的Tm值比较。

图2. 变体的PETase活性,IsPETaseWT及其变体的PET降解活性。 酶活性是MHET和TPA的总和

图3. IsPETaseWT和IsPETaseS121E / D186H / R280A的10天酶活性和热灭活实验。(A)IsPETaseWT和IsPETaseS121E / D186H / R280A在30℃和40℃下10天的酶活性。(B-D)使用热灭活的蛋白在30℃下3h至10天的IsPETaseWT和IsPETaseS121E / D186H / R280A的酶活性(B),在40℃下30分钟至120 h(C),在50℃下1至60分钟(D)。

 

原文链接:

原文作者:

Hyeoncheol Francis Son, In Jin Cho, Seongjoon Joo, Hogyun Seo, Hye-Young Sagong, So Young Choi, Sang Yup Lee*, and Kyung-Jin Kim*

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