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麻省理工学院化学家揭示了可以生产生物降解塑料的细菌酶

<p>图为PHA酶的结构图,细菌用于生产类似于塑料的长聚合物链MIT化学家已经确定聚合物结构单元进入的开口和成品链出现麻省理工学院的研究人员确定了细菌的结构能够生产可生物降解塑料的酶,这一进步可以帮助化学工程师调整酶,使其更具工业实用性</p><p>酶产生长聚合物链,可以形成硬塑料或软塑料,具体取决于进入它们的起始材料了解更多关于酶的结构可以帮助工程师控制聚合物的成分和尺寸,这是生产这些塑料的一个可能的步骤,与石油产品形成的传统塑料不同,它应该是可生物降解的“我希望这种结构可以帮助人们进入思考一种方法,我们可以利用自然界的知识来做一些事情麻省理工学院化学与生物学教授,霍华德休斯医学研究所研究员Catherine Drennan说:“我相信你希望在开始设计这些酶之前对这些酶有一个很好的基本理解”,Drennan和JoAnne Stubbe,诺华公司化学名誉教授和生物学名誉教授,是该研究的高级作者,该研究出现在生物化学杂志上</p><p>该论文的主要作者是研究生伊丽莎白威特滕伯恩一个难以捉摸的结构发现了多羟基链烷酸酯(PHA)合成酶在几乎所有的细菌中,用它来生产大型聚合物,当食物稀缺时储存碳</p><p>细菌Cupriavidus necator可以储存高达85%的干重作为这些聚合物酶根据原料产生不同类型的聚合物,通常称为羟烷基辅酶A的分子的众多变体中的一种或多种,​​其中术语a lkyl是指可变化学基团,有助于确定聚合物的性质这些材料中的一些形成硬塑料,而其他材料更柔软,更柔韧或具有更接近橡胶的弹性性质PHA合成酶对化学家和化学工程师非常感兴趣,因为它可以精确控制的方式将多达30,000个亚单位或单体串联在一起“在这种情况下,大自然可以做什么,而且许多其他单体制造的巨大聚合物,比人类可以做的更大,”Stubbe说,“它们具有均匀的分子量这使得这些聚合物的性质变得明显“Drennan,Stubbe和其他化学家多年来一直在追求这种酶的结构,但是直到现在它已经被证明是难以理解的,因为结晶蛋白质很难结晶化是执行的必要步骤X射线晶体学,揭示了蛋白质的原子和分子结构两位前研究生,Marco Jost和Yifeng Wei,他们也是论文的共同作者,作为一个侧面项目致力于结晶,并在离开麻省理工学院之前成功</p><p>一旦研究人员获得晶体,Wittenborn收集并分析得到的晶体学数据以得出结构</p><p>分析显示,PHA合成酶由两个相同的亚基组成,形成所谓的二聚体</p><p>每个亚基都有一个活性位点,在这个位点发生聚合反应,从而消除了早期提出活性位点位于二聚体界面的提议</p><p>分析还揭示了这个酶有两个开口 - 一个是原料进入的,另一个是允许增长的聚合物链离开“辅酶A基质的一部分必须回来,因为你必须加入另一种单体,”Stubbe说“这里有很多正在进行的体操,我认为这让人着迷“入口通道的位置显而易见,因为一个有界的洞通过高度保守的氨基酸,即随着酶的进化而保持不变的氨基酸出口通道更难识别,因为它是一个小得多的开口,但研究人员能够找到它的部分因为它也是被保守氨基酸包围“保守的残基在出口通道周围形成弧状网络,”维滕博恩说 “它们几乎完全包围了通道的一个非常狭窄的部分,我们认为它们可以帮助保护蛋白质,因为聚合物开始通过这个管道”新框架Drennan的实验室现在计划尝试解决结构当酶与底物和产物结合时,它应该产生更多关于理解它是如何工作的信息“这是研究这些系统的新时代的开始,我们现在有这个框架,我们做的每一个实验都是“我们将学到更多知识,”Drennan说,一些生物技术公司一直在寻求使用PHA合酶和制造聚合物所需的其他酶制备PHA,现在有一家公司正在使用它制造医用聚合物尽管大部分都是如此</p><p>该工艺不具有成本效益,不足以在低成本的传统塑料油中具有经济竞争力,该技术使得能够生产独特的PHA聚合物组合物帽子可以用于特种聚合物添加剂,乳胶和医疗应用这项研究产生的新结构信息对成本几乎没有影响,但可能会开辟其他新材料和应用的可能性,首席科学官Kristi Snell说</p><p> Yield10 Bioscience / Metabolix的研究副总裁最近将PHA生物聚合物技术出售给另一家公司“这种酶的结构和机理已经成为一个大问题已有20多年了,找到这种结构可以提供洞察力,帮助研究人员做得更好具有独特性质的聚合物,“Snell出版物:Elizabeth C Wittenborn等人,”来自Cupriavidus necator的I类多羟基丁酸合成酶催化结构的结构“,JBC,2016; doi:101074 / jbcM116756833来源:

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