聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是目前全球應用最廣泛的合成聚酯，被廣泛用于飲料、食品包裝材料以及紡織纖維。然而，其廢棄物不可自然降解，導致了較嚴重的環境污染。利用環境友好的生物法將廢棄塑料降解為較低分子量單體，進行循環利用，能顯著促進節能減排，助力碳中和目標的實現。

中國科學院天津工業生物技術研究所結構生物學平臺實驗室和德國格拉夫斯瓦爾德大學合作，對來源于宏基因組的兩種塑料水解酶（PES-H1和PES-H2）進行了研究，解析了其高分辨結構以及與PET類似物的復合物結構。并通過結構分析和分子動力學模擬探究了產抑制和多重底物結合模式，為進一步推進PET的綠色降解提供了重要支撐。

目前，PDB數據庫中已有超過70種PET降解酶的晶體結構，但大多數是沒有底物結合的apo結構。為研究PET水解的催化機理，研究團隊分別解析了PES-H1與檸檬酸鹽(PDB：7E30)以及與底物類似物MHETA的(PDB：7W6C，7W6O和7W6Q)復合體結構，以更好地理解結合PET底物時蛋白質結構的變化。此外，還解析了PES-H2與聚乙二醇(PEG)6000(PDB：7E31)和與BHET(PDB：7W66)復合體結構。根據PES-H1(結合MHETA)和PES-H2(結合BHET)的結構，確定了6種配體結合模式，揭示了多種非催化中間體結合模式，以此為基礎，對潛在的熱點基因和底物結合區的關鍵位點進行了探究。結果表明，PES-H1-R204C/S250C變體的Tm比野生型酶提高了6°C以上；在72°C下，PES-H1-L92F/Q94Y變體不但提高了對非晶態PET膜和預處理的真實PET廢物的水解活性，而且水解低結晶度PET的效率是此前文獻報道活性最高的LCC-ICCG的兩倍多，這一工程突變體有望成為工業塑料回收過程中的降解酶。

上述研究得到了國家重點研發計劃、天津市合成生物技術創新能力提升行動、中國科學院青年創新促進協會和國家留學基金管理委員會的資助。天津工業生物所劉衛東研究員和德國格拉夫斯瓦爾德大學韋韌以及Uwe T. Bornscheuer教授為共同通訊作者。

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PES-H1和PES-H2的蛋白質結構

PES-H1突變體對多種PET材料的水解活性