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山東大學祁慶生團隊，實現(xiàn)PBAT塑料高效降解
塑料污染已成為全球性環(huán)境難題，聚己二酸-對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)作為主流可生物降解塑料，雖應用廣泛但自然降解效率極低，100天填埋降解率僅7%，還會產(chǎn)生有毒中間產(chǎn)物。
近日，山東大學祁慶生教授研究團隊在《Chemical Engineering Journal》發(fā)表研究，通過酶工程改造獲得高效降解酶變體LCC-M1，為PBAT塑料降解提供了新方案。
研究發(fā)現(xiàn)，PBAT含芳香酯鍵和脂肪酯鍵兩種不同結(jié)構(gòu)，天然水解酶難以同時適配。團隊以高活性PET水解酶變體LCC-A2為基礎(chǔ)，通過分子動力學模擬鑒定出底物結(jié)合口袋的關(guān)鍵柔性調(diào)控位點。其中，第241位絲氨酸殘基(S241)的突變可顯著提升酶對PBAT的降解能力。
最優(yōu)變體LCC-M1(S241P)通過脯氨酸取代，削弱了與周圍氨基酸的氫鍵作用，使Loop 2區(qū)域柔性增加78%，增強了對兩種酯鍵的適應性。該變體降解活性較原始酶提升1.9倍，在81℃、pH 7.0的最優(yōu)條件下，4小時內(nèi)可完全降解商用PBAT薄膜，3小時內(nèi)即可降解PBAT/PLA共混塑料，且?guī)缀鯚o中間產(chǎn)物殘留。
生化表征顯示，LCC-M1熱穩(wěn)定性優(yōu)異，95.17℃的熔解溫度使其在81℃下孵育6小時仍保持95%以上活性。與已報道的高效降解酶相比，其降解產(chǎn)物總量是Fast-PETase的39.3倍、TfCut-DM的66.3倍，且終產(chǎn)物占比更高，降解更徹底。
該研究通過提升酶底物結(jié)合口袋柔性，實現(xiàn)了對PBAT兩種酯鍵的高效同步水解，為聚合物水解酶的工程化改造提供了新思路。LCC-M1的高效降解性能，有望推動商用PBAT塑料及混合廢棄物的快速回收利用，為緩解塑料污染提供了綠色環(huán)保的技術(shù)支撐。
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