페타아제

PETase
페타아제
PETase 5XH3 with HEMT-cartoon.png
I. PET유사체(PDB: 5XH3)인 HEMT와 착화체(A0A0K8P6T7)의 사카이엔시스 PETAES(A0K8P6T7)
식별자
EC 번호3.1.1.101
Alt. 이름PET 가수분해효소, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 가수분해효소
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PDB 구조RCSB PDB PDBe PDBum

PETases는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 플라스틱을 모노머 모노-2-히드록시에틸 테레프탈레이트(MHET)로 가수분해하는 효소들의 에스테라아제 클래스입니다.이상적인 화학 반응은 다음과 같습니다(여기서 n은 고분자 [1]사슬의 모노머 수입니다).

(에틸렌 테레프탈레이트)n + HO2 → (에틸렌 테레프탈레이트)n-1 + MHET

PET의 미량은 BHET(2-히드록시에틸) 테레프탈레이트(BHET)로 분해됩니다.PETases는 또한 PEF-플라스틱(폴리에틸렌-2,5-프랑디카르본산)[2]을 분해할 수 있으며, PETases는 폴리부틸렌숙신산이나 폴리유산 같은 지방족 폴리에스테르의 가수분해를 촉매할 수 없다.

PET의 비효소성 자연 분해는 수백 년이 걸리지만 PETases는 며칠 [3]안에 PET를 분해할 수 있습니다.

역사

PETAES는 2016년 일본의 페트병 재활용장 [1][4]주변에서 채취한 슬러지 시료에서 발견된 Ideonella sakaiensis 균주 201-F6에서 처음 발견됐다.이 [2]발견 이전에는 다른 유형의 PET 분해 가수 분해 효소가 알려져 있었습니다.여기에는 리파아제, 에스테라아제 [5]및 큐티나아제와 같은 가수분해효소가 포함됩니다.폴리에스테르 분해 효소의 발견은 [7]적어도 1975년(α-키모트립신)[6]과 1977년(리파아제)까지 거슬러 올라간다.

PET 플라스틱은 1970년대에 널리 사용되었고 박테리아에 포함된 PETases가 [2]최근에야 진화했다는 주장이 제기되었다.PETAase는 식물에 [8]왁시 코팅의 분해와 관련된 과거 효소 활성을 가졌을 수 있다.

구조.

2019년 4월 현재 PETAS의 알려진 3차원 결정 구조는 17개이다. 6QGC, 6ILX, 6ILW, 5YFE, 6EQD, 6EQE, 6EQF, 6EQG, 6EQH, 5AN.

PETAase는 α/β-히드로라아제 접힘을 가지고 있다는 점에서 리파아제 [2]및 큐티나아제 모두와 공통의 품질을 나타내지만, PETAase에서 관찰되는 활성부위분열은 큐티나아제보다 개방적이다.Pfam에 따르면 Ideonella sakaiensis PETase는 디에넬락톤 가수분해효소와 유사하다.ESTER에 따르면 폴리에스테라아제-리파아제-커티나제 계열에 속한다.

다양한 유기체로 이루어진 약 69개의 PETAIS 유사 효소가 있으며, 이들 효소는 I형과 II형을 포함한 2개의 분류가 있다.이데오넬라 사카이엔시스(Ideonella sakaiensis)에서 발견되는 PETAase 효소를 포함하여 57개의 효소가 I형 그룹에 속하고 나머지는 II형 그룹에 속한다고 한다.모든 69개의 PETAase 유사 효소 내에는 동일한 3개의 잔류물이 존재하며, 이는 촉매 메커니즘이 모든 형태의 PETAase 유사 [9]효소에서 동일함을 시사한다.

  • Surface of the PETase double mutant (R103G and S131A) with HEMT (1-(2-hydroxyethyl) 4-methyl terephthalate) bound to its active site. HEMT is an analogue of MHET, and has an additional methanol esterified to it. PDBID: 5XH3.

    활성 부위에 HEMT(1-(2-히드록시에틸) 4-메틸 테레프탈레이트)가 결합된 PETAase 이중 돌연변이체(R103G 및 S131A)의 표면.HEMT는 MHET의 유사체이며 에스테르화된 메탄올을 추가로 가지고 있다.PDBID: 5XH3

  • Ribbon diagram of PETase with three residues Ser160, Asp206, and His237. The catalytic triad is represented by cyan-colored sticks. The active site is shown in orange to represent stimulation by a 2-HE(MHET)4 molecule.[9]

    잔류물 Ser160, Asp206 및 His237이 있는 PETAase의 리본 다이어그램.촉매 삼합체는 청록색 스틱으로 표시됩니다.활성 부위는 2-HE(MHET)4 [9]분자에 의한 자극을 나타내기 위해 주황색으로 표시됩니다.

돌연변이

2018년 포츠머스 대학의 과학자들은 미국 에너지부의 국립 재생 에너지 연구소와 협력하여 자연 상태의 PET보다 더 빨리 분해되는 이 PETase의 돌연변이를 개발했다.본 연구에서는 또한 PETases가 폴리에틸렌 2,5-프랑디카르본산염(PEF)[2][10]을 분해할 수 있는 것으로 나타났다.

생물학적 경로

PETAase 및 MHETAase 반응 경로.[11]

I. sakaiensis에서는 MHET 효소가 테레프탈산 및 에틸렌글리콜에 [1]작용함으로써 MHET가 더욱 분해된다.실험실 실험은 인위적으로 MHETase와 PETAase를 연결하는 키메라 단백질이 유리 [12]효소의 유사한 혼합물을 능가한다는 것을 보여주었다.

「 」를 참조해 주세요.

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레퍼런스

  1. ^ a b c Yoshida S, Hiraga K, Takehana T, Taniguchi I, Yamaji H, Maeda Y, et al. (March 2016). "A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate)". Science. 351 (6278): 1196–9. doi:10.1126/science.aad6359. PMID 26965627. S2CID 31146235.
  2. ^ a b c d e Austin HP, Allen MD, Donohoe BS, Rorrer NA, Kearns FL, Silveira RL, et al. (May 2018). "Characterization and engineering of a plastic-degrading aromatic polyesterase". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (19): E4350–E4357. doi:10.1073/pnas.1718804115. PMC 5948967. PMID 29666242.
  3. ^ Dockrill, Peter. "Scientists Have Accidentally Created a Mutant Enzyme That Eats Plastic Waste". ScienceAlert. Retrieved 2018-11-27.
  4. ^ Tanasupawat S, Takehana T, Yoshida S, Hiraga K, Oda K (August 2016). "Ideonella sakaiensis sp. nov., isolated from a microbial consortium that degrades poly(ethylene terephthalate)". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 66 (8): 2813–8. doi:10.1099/ijsem.0.001058. PMID 27045688.
  5. ^ Han X, Liu W, Huang JW, Ma J, Zheng Y, Ko TP, et al. (December 2017). "Structural insight into catalytic mechanism of PET hydrolase". Nature Communications. 8 (1): 2106. doi:10.1038/s41467-017-02255-z. PMC 5727383. PMID 29235460.
  6. ^ Tabushi I, Yamada H, Matsuzaki H, Furukawa J (August 1975). "Polyester readily hydrolyzable by chymotrypsin". Journal of Polymer Science: Polymer Letters Edition. 13 (8): 447–450. doi:10.1002/pol.1975.130130801.
  7. ^ Tokiwa Y, Suzuki T (November 1977). "Hydrolysis of polyesters by lipases". Nature. 270 (5632): 76–8. doi:10.1038/270076a0. PMID 927523. S2CID 4145159.
  8. ^ "Lab 'Accident' Becomes Mutant Enzyme That Devours Plastic". Live Science. Retrieved 2018-11-27.
  9. ^ a b Joo S, Cho IJ, Seo H, Son HF, Sagong HY, Shin TJ, et al. (January 2018). "Structural insight into molecular mechanism of poly(ethylene terephthalate) degradation". Nature Communications. 9 (1): 382. doi:10.1038/s41467-018-02881-1. PMC 5785972. PMID 29374183.
  10. ^ Carrington, Damian. "New super-enzyme eats plastic bottles six times faster". The Guardian.
  11. ^ Allison Chan (2016). "The Future of Bacteria Cleaning Our Plastic Waste" (PDF).
  12. ^ Knott BC, Erickson E, Allen MD, Gado JE, Graham R, Kearns FL, et al. (Oct 2020). "Characterization and engineering of a two-enzyme system for plastics depolymerization". Proc Natl Acad Sci U S A. 117 (41): 25476–25485. doi:10.1073/pnas.2006753117. PMC 7568301. PMID 32989159.