PETaza

PETaza (EC 3.1.1.101, hydrolaza PET, hydrolaza poli(tereftalanu etylenu) – przedstawiciel grupy enzymów odpowiedzialnych za katalizowanie hydrolizy poli(tereftalanu etylenu) do monomerycznego kwasu mono(2-hydroksyetylo)tereftalowego (MHET) wg schematycznie przedstawionej reakcji:

(tereftalan etylenu)_n + H₂O → (tereftalan etylenu)_n-1 + MHET,

gdzie n jest liczbą monomerów w łańcuchu polimeru^[1]. W wyniku powyższej reakcji śladowe ilości PET rozkładają się również do tereftalanu bis(2-hydroksyetylu) (BHET).

PETazy degradują biosubstytut PET - poli(2,5-furanian etylenu) (PEF) - poliestru, który może być produkowany z surowców odnawialnych: glikolu etylenowego i kwasu 2,5-furandikarboksylowego (FDCA)^[2]. PETazy nie katalizują hydrolizy alifatycznych poliestrów takich jak poli(szczawian butylenu) czy kwas polimlekowy^[3].

Nieenzymatyczna degradacja PET trwa setki lat, PETazy rozkładają to tworzywo w ciągu dni^[4].

Historia

Pierwszy enzym z grupy PETaz wyizolowano w 2016 roku z bakterii Ideonella sakaiensis, które znaleziono w osadach ściekowych pobranych przy japońskim przedsiębiorstwie przetwarzającym odpadowe butelki PET^[5]. Wcześniej były już znane inne enzymy rozkładające to tworzywo^[3].

Odkryto około 69 enzymów różniących się strukturą, jednak w każdym z nich występują trzy jednakowe reszty w centrum aktywnym, co sugeruje, że mechanizm katalizowania reakcji rozkładu PET jest ten sam we wszystkich formach tych enzymów^[6].

Ścieżka degradacji PET przez bakterie Ideonella sakaiensis

W celu uzyskania energii z PET bakteria najpierw hydrolizuje PET za pomocą PETazy do kwasu mono(2-hydroksyetylo)tereftalowego (MHET), który w kolejnym etapie hydrolizuje przy użyciu MHETazy (hydrolazy MHET, ang. MHETase) do monomerów wyjściowego tworzywa sztucznego: glikolu etylenowego i kwasu tereftalowego. Te związki chemiczne bakterie potrafią wykorzystać bezpośrednio do produkcji energii^[1].

Przypisy

↑ ^a ^b ShosukeS. Yoshida ShosukeS. i inni, A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate), „Science”, 351 (6278), 2016, s. 1196–1199, DOI: 10.1126/science.aad6359, ISSN 0036-8075, PMID: 26965627 [dostęp 2020-10-04] (ang.).
↑ A.J.J.E.A.J.J.E. Ferhart A.J.J.E.A.J.J.E., A.P.C.A.P.C. Faaij A.P.C.A.P.C., M.K.M.K. Patel M.K.M.K., Replacing fossil based PET with biobased PEF; process analysis, energy and GHG balance, „Energy & Environmental Science”, 5 (4), 2012, s. 6407–6422, DOI: 10.1039/C2EE02480B, ISSN 1754-5706 [dostęp 2020-11-19] (ang.).
↑ ^a ^b Harry P.H.P. Austin Harry P.H.P. i inni, Characterization and engineering of a plastic-degrading aromatic polyesterase, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 115 (19), 2018, E4350–E4357, DOI: 10.1073/pnas.1718804115, PMID: 29666242, PMCID: PMC5948967 (ang.).
↑ PeterP. Dockrill PeterP., Scientists Have Accidentally Created a Mutant Enzyme That Eats Plastic Waste [online], ScienceAlert [dostęp 2020-10-04] (ang.).
↑ SomboonS. Tanasupawat SomboonS. i inni, Ideonella sakaiensis sp. nov., isolated from a microbial consortium that degrades poly(ethylene terephthalate), „International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology,”, 66 (8), 2016, s. 2813–2818, DOI: 10.1099/ijsem.0.001058, ISSN 1466-5026, PMID: 27045688 [dostęp 2020-10-04] (ang.).
↑ SeongjoonS. Joo SeongjoonS. i inni, Structural insight into molecular mechanism of poly(ethylene terephthalate) degradation, „Nature Communications”, 9 (1), 2018, s. 382, DOI: 10.1038/s41467-018-02881-1, ISSN 2041-1723, PMID: 29374183, PMCID: PMC5785972 [dostęp 2020-10-04] (ang.).

[Yoshida-1] ShosukeS. Yoshida ShosukeS. i inni, A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate), „Science”, 351 (6278), 2016, s. 1196–1199, DOI: 10.1126/science.aad6359, ISSN 0036-8075, PMID: 26965627 [dostęp 2020-10-04] (ang.).

[2] A.J.J.E.A.J.J.E. Ferhart A.J.J.E.A.J.J.E., A.P.C.A.P.C. Faaij A.P.C.A.P.C., M.K.M.K. Patel M.K.M.K., Replacing fossil based PET with biobased PEF; process analysis, energy and GHG balance, „Energy & Environmental Science”, 5 (4), 2012, s. 6407–6422, DOI: 10.1039/C2EE02480B, ISSN 1754-5706 [dostęp 2020-11-19] (ang.).

[Austin-3] Harry P.H.P. Austin Harry P.H.P. i inni, Characterization and engineering of a plastic-degrading aromatic polyesterase, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”, 115 (19), 2018, E4350–E4357, DOI: 10.1073/pnas.1718804115, PMID: 29666242, PMCID: PMC5948967 (ang.).

[4] PeterP. Dockrill PeterP., Scientists Have Accidentally Created a Mutant Enzyme That Eats Plastic Waste [online], ScienceAlert [dostęp 2020-10-04] (ang.).

[5] SomboonS. Tanasupawat SomboonS. i inni, Ideonella sakaiensis sp. nov., isolated from a microbial consortium that degrades poly(ethylene terephthalate), „International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology,”, 66 (8), 2016, s. 2813–2818, DOI: 10.1099/ijsem.0.001058, ISSN 1466-5026, PMID: 27045688 [dostęp 2020-10-04] (ang.).

[6] SeongjoonS. Joo SeongjoonS. i inni, Structural insight into molecular mechanism of poly(ethylene terephthalate) degradation, „Nature Communications”, 9 (1), 2018, s. 382, DOI: 10.1038/s41467-018-02881-1, ISSN 2041-1723, PMID: 29374183, PMCID: PMC5785972 [dostęp 2020-10-04] (ang.).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]