来源于糖丝菌双(2-羟乙基)对苯二甲酸酯水解酶的酶学性质表征及降解特性分析

聚对苯二甲酸乙二醇酯poly(ethylene terephthalate),PET]降解酶的发掘是国内外研究的热点。双(2-羟乙基)对苯二甲酸酯bis-(2-hydroxyethyl)terephthalic acid,BHET]是PET降解过程的一种中间化合物,会与PET竞争酶的底物结合位点,从而抑制PET进一步降解。因此,探寻新型BHET降解酶,对进一步提高PET的降解效率具有促进作用。本研究通过基因挖掘发现了一种来源于浅黄糖丝菌(Saccharothrix luteola)参与PET降解过程的水解酶基因sle(ID:CP064192.1,5085270–5086049),其编码的蛋白质可以将BHET水解为单(2-羟乙基)对苯二甲酸酯mono-(2-hydroxyethyl)terephthalate,MHET]和对苯二甲酸(terephthalic acid,TPA)。将BHET水解酶(Sle)通过重组质粒在大肠杆菌(Escherichia coli)中异源表达,结果表明,在异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropyl-β-D-thiogalactoside,IPTG)诱导终浓度为0.4 mmol/L,诱导时长为12 h,诱导温度为20℃时蛋白的表达量最高。通过镍亲和层析、阴离子交换层析和凝胶过滤层析3步分离纯化,获得了高纯度的Sle重组蛋白;同时对其酶学性质进行了表征,Sle最适温度和pH分别为35℃和8.0,在25–35℃和pH 7.0–9.0区间内能保持80%以上的残余酶活,且金属离子Co^(2+)能提高酶活力;进一步通过同源序列及Sle复合物结构分析得知,该酶属于二烯酸内酯水解酶(dienelactone hydrolase,DLH)家族,具备该家族典型的催化三联体,预测其催化位点分别为S129、D175和H207,并初步分析了其催化机理。最后,利用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)鉴定了该酶能够特异性降解BHET生成MHET和TPA,属于BHET降解酶。本研究为生物酶法高效降解PET塑料提供了新的酶资源。

Enzymatic properties and degradation characterization of a bis(2-hydroxyethyl) terephthalate hydrolase from Saccharothrix sp.