ПЭТАза

показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

ПЭТАза
ПЭТАза
	I. sakaiensis ПЭТаза ( A0A0K8P6T7 ) в комплексе с HEMT, аналогом ПЭТ ( PDB : 5XH3 ).
Идентификаторы
Номер ЕС.	3.1.1.101
Альт. имена	ПЭТ-гидролаза, поли(этилентерефталат)-гидролаза
Базы данных
ИнтЭнк	вид IntEnz
БРЕНДА	БРЕНДА запись
Экспаси	Просмотр NiceZyme
КЕГГ	КЕГГ запись
МетаЦик	метаболический путь
ПРЯМОЙ	профиль
PDB Структуры	RCSB PDB PDBe PDBsum
PMC
показывать Поиск
PMC	articles
PubMed	articles
NCBI	proteins

ПЭТазы представляют собой эстераз класс ферментов , которые катализируют расщепление (посредством гидролиза ) полиэтилентерефталатного (ПЭТ) пластика до мономерного моно-2-гидроксиэтилтерефталата (МГЭТ). Идеализированная химическая реакция:

(этилентерефталат) _n + H ₂ O → (этилентерефталат) _{n -1} + МГЭТ,

где n - количество мономеров в полимерной цепи, хотя следовые количества ПЭТ вместо этого распадаются до бис (2-гидроксиэтил) терефталата (БГЭТ). ^[1] ПЭТазы также могут расщеплять ПЭФ-пластик ( полиэтилен-2,5-фурандикарбоксилат ), который является заменителем ПЭТ биологического происхождения, до аналогичного MHEF . ПЭТазы не могут катализировать гидролиз алифатических полиэфиров, таких как полибутиленсукцинат или полимолочная кислота . ^[2]

В то время как разложение ПЭТ естественным (неферментативным) путем займет сотни лет, ПЭТазы могут разложить его за считанные дни. ^[3]

История

Первая ПЭТаза была обнаружена в 2016 году у Ideonella sakaiensis штамма 201-F6 бактерий , обнаруженных в образцах ила, собранных недалеко от японского предприятия по переработке ПЭТ-бутылок . ^[1]^[4] Ранее были известны другие типы гидролаз, способные разлагать ПЭТ. ^[2] включая липазы, эстеразы и кутиназы. ^[5] Для сравнения, о существовании ферментов, расщепляющих полиэстер, было известно как минимум еще в 1975 году (в случае α -химотрипсина ). ^[6] и 1977 г. ( липаза ). ^[7]

ПЭТ-пластик получил широкое распространение в 1970-х годах, и было высказано предположение, что ПЭТазы в бактериях появились лишь недавно. ^[2] ПЭТАза, возможно, имела в прошлом ферментативную активность, связанную с разрушением воскового покрытия на растениях. ^[8]

Структура

По состоянию на апрель 2019 года было известно 17 трехмерных кристаллических структур ПЭТаз: 6QGC , 6ILX , 6ILW , 5YFE , 6EQD , 6EQE , 6EQF , 6EQG , 6EQH , 6ANE , 5XJH , 5YNS , 5XFY , 5XFZ , 5XG0 . , 5XH2 и 5XH3 .

ПЭТаза проявляет общие свойства как с липазами, так и с кутиназами в том, что она обладает α/β-гидролазной складкой; хотя щель активного центра, наблюдаемая у ПЭТазы, более открыта, чем у кутиназ. ^[2] , ПЭТАза Ideonella sakaiensis аналогична диенелактонгидролазе По данным Pfam . По данным ESTHER, он относится к семейству полиэстеразы-липазы-кутиназы.

Существует около 69 ферментов, подобных ПЭТАзе, включающих множество разнообразных 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 типа II, включая фермент ПЭТаза, обнаруженный у Ideonella sakaiensis . Во всех 69 ПЭТазоподобных ферментах в активном центре существуют одни и те же три остатка, что позволяет предположить, что каталитический механизм одинаков для всех форм ПЭТАзоподобных ферментов. ^[9]

ПЭТазы Поверхность двойного мутанта ( R 103 G и S 131 A ) с HEMT (1-(2-гидроксиэтил) 4-метилтерефталатом), связанным с ее активным центром . HEMT является аналогом MHET и содержит дополнительный метанол этерифицированный . PDBID: 5XH3.
Ленточная диаграмма ПЭТазы с тремя остатками Ser160, Asp206 и His237. Каталитическая триада представлена палочками голубого цвета. Активный сайт показан оранжевым цветом и представляет стимуляцию молекулой 2-HE(MHET) ₄ . ^[9]

Мутации

Открытие ПЭТазы I. sakaiensis обеспечивает потенциальное решение проблемы накопления пластика в мире; однако встречающиеся в природе ферменты ограничены в своей способности к деградации из-за нестабильности, низкой активности и уровня экспрессии, что в конечном итоге приводит к необходимости улучшения, если они будут использоваться для крупномасштабного промышленного применения. ^[10] Большинство стратегий реализуют сайт-направленный мутагенез для создания улучшенной версии, известной как вариант или мутант фермента. Один вариант увеличил активность ПЭТазы на 22,4% за счет замены аргинина на аланин в аминокислотной цепи в 280-м положении. ^[11] Аналогично, двойной мутант был создан для сужения активного сайта и стал на 4,13% более активным, чем дикий тип. ^[12] Для сравнения, два других двойных мутанта создали дополнительные водородные связи, которые улучшили стабильность ПЭТазы. Другие успешные подходы к улучшению стабильности ПЭТазы включают добавление Ca ²⁺ или мг ²⁺, дисульфидные связи и солевые мостики , а также гликозилирование . ^[10] Что касается термостабильности, у другого двойного мутанта наблюдалось увеличение по сравнению с диким типом. ^[11] Более того, соединительная петля β1-β2 фермента также может стать будущей мишенью для улучшения термостабильности благодаря ее гибкости и удалению от активного центра. ^[13]

Биологический путь

У I. sakaiensis полученный MHET далее расщепляется под действием фермента MHETase до терефталевой кислоты и этиленгликоля . ^[1] Лабораторные эксперименты показали, что химерные белки, искусственно связывающие МГЕТазу и ПЭТазу, превосходят аналогичные смеси свободных ферментов. ^[15]

См. также

Пластивор
Galleria mellonella — гусеница, способная переваривать полиэтилен .
Aspergillus Tubeingensis , грибок, способный переваривать полиуретан .
Pestalotiopsis microspora — эндофитный вид грибов, способный расщеплять полиуретан.
Кутиназа — фермент эстераза схожей геометрической формы.

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с
Ёсида С., Хирага К., Такехана Т., Танигучи И., Ямаджи Х., Маэда Ю. и др. (март 2016 г.). «Бактерия, которая разлагает и усваивает поли(этилентерефталат)». Наука . 351 (6278): 1196–9. Бибкод : 2016Sci...351.1196Y . дои : 10.1126/science.aad6359 . ПМИД 26965627 . S2CID 31146235 .
- «Открытие бактерии, которая разлагает и ассимилирует поли(этилентерефталат), может служить платформой для разложения и/или ферментации для биологической переработки отходов ПЭТ» (PDF) . Киотский технологический институт (пресс-релиз). 30 марта 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Остин Х.П., Аллен М.Д., Донохо Б.С., Роррер Н.А., Кернс Ф.Л., Сильвейра Р.Л. и др. (май 2018 г.). «Характеристика и разработка ароматической полиэстеразы, разлагающей пластик» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (19): Е4350–Е4357. Бибкод : 2018PNAS..115E4350A . дои : 10.1073/pnas.1718804115 . ПМЦ 5948967 . ПМИД 29666242 .
^ Докрилл, Питер. «Ученые случайно создали мутантный фермент, который поедает пластиковые отходы» . НаукаАлерт . Проверено 27 ноября 2018 г.
^ Танасупават С., Такехана Т., Ёсида С., Хирага К., Ода К. (август 2016 г.). «Ideonella sakaiensis sp. nov., выделенная из микробного консорциума, разлагающего поли(этилентерефталат)» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 66 (8): 2813–8. дои : 10.1099/ijsem.0.001058 . ПМИД 27045688 .
^ Хань X, Лю В, Хуан Дж.В., Ма Дж., Чжэн Ю., Ко Т.П. и др. (декабрь 2017 г.). «Структурное понимание каталитического механизма ПЭТ-гидролазы» . Природные коммуникации . 8 (1): 2106. Бибкод : 2017NatCo...8.2106H . дои : 10.1038/s41467-017-02255-z . ПМЦ 5727383 . ПМИД 29235460 .
^ Табуси И., Ямада Х., Мацузаки Х., Фурукава Дж. (август 1975 г.). «Полиэфир легко гидролизуется химотрипсином». Журнал науки о полимерах: издание Polymer Letters . 13 (8): 447–450. Бибкод : 1975JPoSL..13..447T . дои : 10.1002/pol.1975.130130801 .
^ Токива Ю., Сузуки Т. (ноябрь 1977 г.). «Гидролиз полиэфиров липазами». Природа . 270 (5632): 76–8. Бибкод : 1977Natur.270...76T . дои : 10.1038/270076a0 . ПМИД 927523 . S2CID 4145159 .
^ «Лабораторный «несчастный случай» становится мутантным ферментом, пожирающим пластик» . Живая наука . Проверено 27 ноября 2018 г.
^ Jump up to: ^а ^б Джу С., Чо И.Дж., Со Х., Сон Х.Ф., Сагон Х.И., Шин Т.Дж. и др. (январь 2018 г.). «Структурное понимание молекулярного механизма разложения полиэтилентерефталата» . Природные коммуникации . 9 (1): 382. Бибкод : 2018NatCo...9..382J . дои : 10.1038/s41467-018-02881-1 . ПМК 5785972 . ПМИД 29374183 .
^ Jump up to: ^а ^б Ци, Синьхуа; Ян, Вэньлун; Цао, Жибэй; Дин, Минчжу; Юань, Инцзин (26 декабря 2021 г.). «Современные достижения в области биоразложения и биоконверсии полиэтилентерефталата» . Микроорганизмы . 10 (1): 39. doi : 10.3390/microorganisms10010039 . ISSN 2076-2607 . ПМЦ 8779501 . ПМИД 35056486 .
^ Jump up to: ^а ^б Урбанек, Анета К.; Косёровска, Катажина Е.; Мироньчук, Александра М. (30 ноября 2021 г.). «Современные знания о разложении полиэтилентерефталата генетически модифицированными микроорганизмами» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 9 . дои : 10.3389/fbioe.2021.771133 . ISSN 2296-4185 . ПМЦ 8669999 . ПМИД 34917598 .
^ Остин, Гарри П.; Аллен, Марк Д.; Донохо, Брайон С.; Роррер, Николас А.; Кернс, Фиона Л.; Сильвейра, Родриго Л.; Поллард, Бенджамин К.; Доминик, Грэм; Думан, Рамона; Эль Омари, Камель; Михайлик, Виталий; Вагнер, Армин; Миченер, Уильям Э.; Аморе, Антонелла; Скаф, Мунир С. (08 мая 2018 г.). «Характеристика и разработка ароматической полиэстеразы, разлагающей пластик» . Труды Национальной академии наук . 115 (19): Е4350–Е4357. Бибкод : 2018PNAS..115E4350A . дои : 10.1073/pnas.1718804115 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 5948967 . ПМИД 29666242 .
^ да Коста, Клаубер Энрике Соуза; дос Сантос, Альберто М.; Алвес, Клаудио Наум; Марти, Серхио; Молинер, Висент; Сантана, Кауэ; Ламейра, Херонимо (октябрь 2021 г.). «Оценка конформационных изменений ПЭТазы, индуцированных связыванием поли(этилентерефталата)» . Белки: структура, функции и биоинформатика . 89 (10): 1340–1352. дои : 10.1002/прот.26155 . ISSN 0887-3585 . ПМИД 34075621 . S2CID 233620229 .
^ Эллисон Чан (2016). «Будущее бактерий, очищающих наши пластиковые отходы» (PDF) .
^ Нотт Б.С., Эриксон Э., Аллен М.Д., Гадо Дж.Э., Грэм Р., Кернс Ф.Л. и др. (октябрь 2020 г.). «Характеристика и разработка двухферментной системы для деполимеризации пластмасс» . Proc Natl Acad Sci США . 117 (41): 25476–25485. Бибкод : 2020PNAS..11725476K . дои : 10.1073/pnas.2006753117 . ПМЦ 7568301 . ПМИД 32989159 .

[Yoshida_2016-1] Jump up to: ^а ^б ^с Ёсида С., Хирага К., Такехана Т., Танигучи И., Ямаджи Х., Маэда Ю. и др. (март 2016 г.). «Бактерия, которая разлагает и усваивает поли(этилентерефталат)». Наука . 351 (6278): 1196–9. Бибкод : 2016Sci...351.1196Y . дои : 10.1126/science.aad6359 . ПМИД 26965627 . S2CID 31146235 .
«Открытие бактерии, которая разлагает и ассимилирует поли(этилентерефталат), может служить платформой для разложения и/или ферментации для биологической переработки отходов ПЭТ» (PDF) . Киотский технологический институт (пресс-релиз). 30 марта 2016 г.

[2] «Открытие бактерии, которая разлагает и ассимилирует поли(этилентерефталат), может служить платформой для разложения и/или ферментации для биологической переработки отходов ПЭТ» (PDF) . Киотский технологический институт (пресс-релиз). 30 марта 2016 г.

[Austin_2018-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Остин Х.П., Аллен М.Д., Донохо Б.С., Роррер Н.А., Кернс Ф.Л., Сильвейра Р.Л. и др. (май 2018 г.). «Характеристика и разработка ароматической полиэстеразы, разлагающей пластик» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (19): Е4350–Е4357. Бибкод : 2018PNAS..115E4350A . дои : 10.1073/pnas.1718804115 . ПМЦ 5948967 . ПМИД 29666242 .

[3] Докрилл, Питер. «Ученые случайно создали мутантный фермент, который поедает пластиковые отходы» . НаукаАлерт . Проверено 27 ноября 2018 г.

[4] Танасупават С., Такехана Т., Ёсида С., Хирага К., Ода К. (август 2016 г.). «Ideonella sakaiensis sp. nov., выделенная из микробного консорциума, разлагающего поли(этилентерефталат)» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 66 (8): 2813–8. дои : 10.1099/ijsem.0.001058 . ПМИД 27045688 .

[Han_2017-5] Хань X, Лю В, Хуан Дж.В., Ма Дж., Чжэн Ю., Ко Т.П. и др. (декабрь 2017 г.). «Структурное понимание каталитического механизма ПЭТ-гидролазы» . Природные коммуникации . 8 (1): 2106. Бибкод : 2017NatCo...8.2106H . дои : 10.1038/s41467-017-02255-z . ПМЦ 5727383 . ПМИД 29235460 .

[6] Табуси И., Ямада Х., Мацузаки Х., Фурукава Дж. (август 1975 г.). «Полиэфир легко гидролизуется химотрипсином». Журнал науки о полимерах: издание Polymer Letters . 13 (8): 447–450. Бибкод : 1975JPoSL..13..447T . дои : 10.1002/pol.1975.130130801 .

[7] Токива Ю., Сузуки Т. (ноябрь 1977 г.). «Гидролиз полиэфиров липазами». Природа . 270 (5632): 76–8. Бибкод : 1977Natur.270...76T . дои : 10.1038/270076a0 . ПМИД 927523 . S2CID 4145159 .

[8] «Лабораторный «несчастный случай» становится мутантным ферментом, пожирающим пластик» . Живая наука . Проверено 27 ноября 2018 г.

[Joo_2018-9] Jump up to: ^а ^б Джу С., Чо И.Дж., Со Х., Сон Х.Ф., Сагон Х.И., Шин Т.Дж. и др. (январь 2018 г.). «Структурное понимание молекулярного механизма разложения полиэтилентерефталата» . Природные коммуникации . 9 (1): 382. Бибкод : 2018NatCo...9..382J . дои : 10.1038/s41467-018-02881-1 . ПМК 5785972 . ПМИД 29374183 .

[Qi-2021-10] Jump up to: ^а ^б Ци, Синьхуа; Ян, Вэньлун; Цао, Жибэй; Дин, Минчжу; Юань, Инцзин (26 декабря 2021 г.). «Современные достижения в области биоразложения и биоконверсии полиэтилентерефталата» . Микроорганизмы . 10 (1): 39. doi : 10.3390/microorganisms10010039 . ISSN 2076-2607 . ПМЦ 8779501 . ПМИД 35056486 .

[Urbanek-2021-11] Jump up to: ^а ^б Урбанек, Анета К.; Косёровска, Катажина Е.; Мироньчук, Александра М. (30 ноября 2021 г.). «Современные знания о разложении полиэтилентерефталата генетически модифицированными микроорганизмами» . Границы биоинженерии и биотехнологии . 9 . дои : 10.3389/fbioe.2021.771133 . ISSN 2296-4185 . ПМЦ 8669999 . ПМИД 34917598 .

[12] Остин, Гарри П.; Аллен, Марк Д.; Донохо, Брайон С.; Роррер, Николас А.; Кернс, Фиона Л.; Сильвейра, Родриго Л.; Поллард, Бенджамин К.; Доминик, Грэм; Думан, Рамона; Эль Омари, Камель; Михайлик, Виталий; Вагнер, Армин; Миченер, Уильям Э.; Аморе, Антонелла; Скаф, Мунир С. (08 мая 2018 г.). «Характеристика и разработка ароматической полиэстеразы, разлагающей пластик» . Труды Национальной академии наук . 115 (19): Е4350–Е4357. Бибкод : 2018PNAS..115E4350A . дои : 10.1073/pnas.1718804115 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 5948967 . ПМИД 29666242 .

[13] да Коста, Клаубер Энрике Соуза; дос Сантос, Альберто М.; Алвес, Клаудио Наум; Марти, Серхио; Молинер, Висент; Сантана, Кауэ; Ламейра, Херонимо (октябрь 2021 г.). «Оценка конформационных изменений ПЭТазы, индуцированных связыванием поли(этилентерефталата)» . Белки: структура, функции и биоинформатика . 89 (10): 1340–1352. дои : 10.1002/прот.26155 . ISSN 0887-3585 . ПМИД 34075621 . S2CID 233620229 .

[14] Эллисон Чан (2016). «Будущее бактерий, очищающих наши пластиковые отходы» (PDF) .

[Knott_2020-15] Нотт Б.С., Эриксон Э., Аллен М.Д., Гадо Дж.Э., Грэм Р., Кернс Ф.Л. и др. (октябрь 2020 г.). «Характеристика и разработка двухферментной системы для деполимеризации пластмасс» . Proc Natl Acad Sci США . 117 (41): 25476–25485. Бибкод : 2020PNAS..11725476K . дои : 10.1073/pnas.2006753117 . ПМЦ 7568301 . ПМИД 32989159 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]