PETase

PETázy jsou třídou esterázových enzymů , které katalyzují hydrolýzu polyethylentereftalátového (PET) plastu na monomerní mono-2-hydroxyethyltereftalát (MHET).

Idealizovaná chemická reakce (kde n je počet monomerů v polymerním řetězci): [1]

Zbytkový PET se rozkládá na bis(2-hydroxyethyl)tereftalát (BHET). PETázy mohou také degradovat PEF plast ( polyethylen 2,5-furandikarboxylát ), který je biodegradabilní náhradou PET. PETázy nemohou katalyzovat hydrolýzu alifatických polyesterů , jako je polybutylen sukcinát nebo kyselina polymléčná [2] .

Neenzymatická přirozená degradace PET bude trvat stovky let, ale PETázy dokážou rozložit jemný PET plast během několika dnů [3] .

Historie

První PETáza byla objevena v roce 2016 v bakteriích Ideonella sakaiensis kmene 201-F6 nalezených ve vzorcích sedimentu odebraných poblíž japonského zařízení na recyklaci PET lahví [1] [4] . Před tímto objevem bylo známo, že jiné typy hydroláz degradují PET [2] . Patří mezi ně hydrolázy, jako jsou lipázy, esterázy a kutinázy [5] . Objevy enzymů degradujících polyester se datují přinejmenším do roku 1975 (α- chymotrypsin ) [6] a 1977 ( lipáza ), například [7] .

PET plast se rozšířil v 70. letech a bylo navrženo, že PETázy v bakteriích se objevily teprve nedávno [2] . V minulosti mohla mít PETáza enzymatickou aktivitu spojenou s rozkladem voskového povlaku rostlin [8] .

Struktura

K dubnu 2019 bylo známo 17 krystalových struktur 3D PETázy: 6QGC Archived 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 6ILX Archived 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 6ILW Archived 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 5. srpna 2021 na Wayback Machine , 6EQD Archived 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 6EQE Archived 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 6EQF Archived 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 6EQE Archi Machine2 srpna 2323 Archi Machine , 6EQH Archivováno 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 6ANE Archivováno 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 5XJH Archivováno 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 5YNS Archivováno 23. srpna , 2021 na Wayback Machine5XY , 2021 na 2021 , 2021 na Wayback Machine , 5XFZ Archivováno 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 5XG0 Archivováno 23. srpna 2021 na Wayback Machine , 5XH2 Ap archivní kopie ze dne 23. srpna 2021 na Wayback Machine a 5XH2. Archivováno 23. srpna 2021 na Wayback Machine .

PETáza sdílí vlastnosti s lipázami i kutinázami v tom, že má α/β-hydrolázový záhyb; avšak rozštěp aktivního místa pozorovaný u PETázy je otevřenější než u kutináz [2] . Podle Pfam je PETáza Ideonella sakaiensis podobná dienelaktonhydroláze. Podle ESTHER patří do rodiny polyesteráza-lipáza-kutináza.

Existuje přibližně 69 enzymů podobných PETase nalezených v mnoha různých organismech a existují dvě klasifikace těchto enzymů, včetně typu I a typu II. Padesát sedm enzymů je považováno za kategorii I, zatímco zbytek patří do skupiny II, včetně enzymu PETase nalezeného v Ideonella sakaiensis . Ve všech 69 enzymech podobných PETase existují stejné tři zbytky aktivního místa , což naznačuje, že katalytický mechanismus je stejný pro všechny formy enzymů podobných PETase [9] .

• Povrch dvojitého mutantu petázy (R103G a S131A) s HEMT (1-(2-hydroxyethyl)4-methyltereftalátem) navázaným na jeho aktivní místo. HEMT je podobný MHET a obsahuje další esterifikovaný metanol. PDBID: 5XH3.

• Pásový diagram PETázy se třemi zbytky Ser160, Asp206 a His237. Katalytickou triádu představují modré tyčinky. Aktivní místo je zobrazeno oranžově a představuje stimulaci molekulou 2-HE(MHET)4 [9] .

Mutace

V roce 2018 vědci z University of Portsmouth spolupracovali s National Renewable Energy Laboratory Ministerstva energetiky USA na vývoji mutantu PETázy, který degraduje PET rychleji než ten, který se nachází v jeho přirozeném stavu. Tato studie také ukázala, že PETázy mohou degradovat polyethylen 2,5-furandikarboxylát (PEF) [2] [10] .

Biologická cesta

U I. sakaiensis je vzniklý MHET navíc štěpen působením enzymu MHETázy na kyselinu tereftalovou a ethylenglykol [1] . Laboratorní experimenty ukázaly, že chimérické proteiny, které uměle vážou MHETázu a PETázu, jsou lepší než podobné směsi volných enzymů [12] .

Viz také

• Galleria mellonella , housenka schopná trávit polyethylen .
• Aspergillus tubingensis je  houba trávící polyuretan .
• Pestalotiopsis microspora , druh endofytické houby schopné degradovat polyuretan.
• Kutináza , esterázový enzym podobného geometrického tvaru

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 „Bakterie, která degraduje a asimiluje poly(ethylentereftalát)“. věda . 351 (6278): 1196-9. březen 2016. doi : 10.1126/science.aad6359 . PMID26965627  . _
2. ↑ 1 2 3 4 5 „Charakteristika a inženýrství aromatické polyesterázy degradující plasty“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 115 (19): E4350–E4357. květen 2018. doi : 10.1073/ pnas.1718804115 . PMID29666242 . _ 
3. ↑ Dockrill . Vědci náhodně vytvořili mutantní enzym, který požírá plastový odpad  , ScienceAlert . Archivováno z originálu 17. dubna 2018. Staženo 27. listopadu 2018.
4. ↑ „Ideonella sakaiensis sp. listopadu, izolovaný z mikrobiálního konsorcia, které degraduje poly(ethylentereftalát)“. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology . 66 (8): 2813-8. srpna 2016. doi : 10.1099/ ijsem.0.001058 . PMID27045688 . _ 
5. ↑ „Strukturální pohled na katalytický mechanismus PET hydrolázy“. Příroda komunikace []. 8 (1): 2106. Prosinec 2017. DOI : 10.1038/s41467-017-02255-z . PMID29235460  . _
6. ↑ Tabushi, Iwao (srpen 1975). „Polyester snadno hydrolyzovatelný chymotrypsinem“. Journal of Polymer Science: Polymer Letters Edition . 13 (8): 447-450. DOI : 10.1002/pol.1975.130130801 .
7. ↑ „Hydrolýza polyesterů lipázami“. příroda . 270 (5632): 76-8. listopadu 1977. doi : 10.1038/ 270076a0 . PMID 927523 . 
8. ↑ Laboratoř 'Nehoda' se stává mutantním enzymem, který požírá plasty , živá věda . Archivováno z originálu 27. listopadu 2018. Staženo 27. listopadu 2018.
9. ↑ 1 2 “Strukturální pohled na molekulární mechanismus degradace poly(ethylentereftalátu)”. Příroda komunikace []. 9 (1): 382. leden 2018. DOI : 10.1038/s41467-018-02881-1 . PMID29374183  . _
10. ↑ Carrington . Nový superenzym požírá plastové lahve šestkrát rychleji  , The Guardian . Archivováno 12. října 2020. Staženo 23. srpna 2021.
11. ↑ Allison Chan. Budoucnost bakterií čistících náš plastový odpad (2016). Získáno 23. srpna 2021. Archivováno z originálu dne 27. listopadu 2018. (neurčitý)
12. ↑ „Charakteristika a inženýrství dvouenzymového systému pro depolymerizaci plastů“. Proč Natl Acad Sci USA . 117 (41): 25476-25485. Říjen 2020. DOI : 10.1073/pnas.2006753117 . PMID  32989159 .