ПЭТазы представляют собой класс ферментов эстераз, которые катализируют гидролиз полиэтилентерефталатного (ПЭТ) пластика до мономерного (MHET).

Идеализированная химическая реакция (где n — количество мономеров в полимерной цепи):

(этилентерефталат) _n + H ₂ O → (этилентерефталат) _n-1 + MHET

Остаточный ПЭТ распадается на (BHET). ПЭТазы также могут разрушать ПЭФ-пластик ( ), который является биоразлагаемой заменой ПЭТ. ПЭТазы не могут катализировать гидролиз алифатических полиэфиров, таких как или полимолочная кислота .

Неферментативное естественное разложение ПЭТ займёт сотни лет, но ПЭТазы могут разложить мелкодисперсный ПЭТ-пластик за считанные дни .

История

Первая ПЭТаза была обнаружена в 2016 году в бактериях штамма 201-F6 Ideonella sakaiensis, обнаруженных в образцах осадка, собранных недалеко от японского предприятия по переработке ПЭТ-бутылок . До этого открытия были известны другие типы гидролаз , разлагающих ПЭТ . К ним относятся такие гидролазы, как липазы, эстеразы и кутиназы . Открытия ферментов, разлагающих полиэфир, датируются, по крайней мере, 1975 г. (α- ) и 1977 г. ( липаза ), например .

ПЭТ-пластик получил широкое распространение в 1970-х годах, и было высказано предположение, что ПЭТазы в бактериях появились только недавно . В прошлом у ПЭТазы могла быть ферментативная активность, связанная с разрушением воскового покрытия растений .

Структура

По состоянию на апрель 2019 года было известно 17 трёхмерных кристаллических структур ПЭТаз: от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine , от 23 августа 2021 на Wayback Machine и от 23 августа 2021 на Wayback Machine .

ПЭТаза обладает общими качествами, как с липазами, так и с кутиназами в том, что она обладает складкой; тем не менее, расщелина активного центра, наблюдаемая в ПЭТазе, более открыта, чем в кутиназах . Согласно Pfam, ПЭТаза Ideonella sakaiensis похожа на диенелактонгидролазу. Согласно ESTHER, он относится к семейству полиэстераза-липаза-кутиназа.

Существует приблизительно 69 ферментов, подобных ПЭТазе, найденных у множества различных организмов, и существует две классификации этих ферментов, включая тип I и тип II. Предполагается, что 57 ферментов относятся к категории I типа, тогда как остальные относятся к группе II типа, включая фермент ПЭТазы, обнаруженного у Ideonella sakaiensis . Во всех 69 ферментах, подобных ПЭТазе, существуют одни и те же три остатка в активном центре , что позволяет предположить, что каталитический механизм одинаков для всех форм ферментов, подобных ПЭТазе .

• 
  Поверхность двойного мутанта петазы (R103G и S131A) с HEMT (1-(2-гидроксиэтил) 4-метилтерефталатом), связанного с его активным сайтом. HEMT является аналогом MHET и содержит дополнительный этерифицированный метанол. PDBID: 5XH3.
• 
  Ленточная диаграмма ПЭТазы с тремя остатками Ser160, Asp206 и His237. Каталитическая триада представлена палочками голубого цвета. Активный сайт показан оранжевым цветом, для представления стимуляции молекулой 2-HE(MHET)4 .

Мутации

В 2018 году учёные из Портсмутского университета в сотрудничестве с Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США разработали мутант ПЭТазы, который разлагает ПЭТ быстрее, чем тот, который находится в естественном состоянии. В этом исследовании также было показано, что ПЭТазы могут разрушать (ПЭФ) .

Биологический путь

У I. sakaiensis образующийся MHET дополнительно расщепляется под действием фермента на терефталевую кислоту и этиленгликоль . Лабораторные эксперименты показали, что химерные белки, которые искусственно связывают MHETазу и ПЭТазу, превосходят аналогичные смеси свободных ферментов .

См. также

• Galleria mellonella , гусеница, способная переваривать полиэтилен .
• Aspergillus tubingensis — гриб, способный переваривать полиуретан .
• Pestalotiopsis microspora , вид эндофитного гриба, способный расщеплять полиуретан.
• Кутиназа , фермент эстераза аналогичной геометрической формы

Примечания